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La Cina scommette sul diamante: chip AI più facili da raffreddare?
Il Ministero dell’Industria e dell’Information Technology cinese (MIIT) e la Commissione nazionale per lo sviluppo e le riforme (NDRC) hanno dato spazio ai semiconduttori UWBG, materiali a banda proibita ultra-ampia, in una bozza di documento. Tra quelli indicati figurano diamante sintetico e ossido di gallio: due materiali con proprietà differenti, al centro della ricerca sull’elettronica avanzata e sulla gestione del calore, uno dei vincoli nello sviluppo dei chip per l’intelligenza artificiale.
Il diamante sintetico interessa il raffreddamento per la sua elevata conducibilità termica, ossia la capacità di trasferire calore attraverso il materiale. Nella letteratura tecnica il diamante arriva a valori indicativi di circa 2.000 W/(m·K), contro circa 150 W/(m·K) del silicio. Questa proprietà lo rende un candidato per diffondere il calore prodotto dai dispositivi elettronici verso superfici attraverso cui dissiparlo.
L’ossido di gallio, identificato dalla formula Ga₂O₃, presenta un profilo diverso: viene studiato per dispositivi di potenza e applicazioni a radiofrequenza grazie alle sue proprietà elettriche. La sua conducibilità termica è invece relativamente bassa, con valori indicativi di 10–27 W/(m·K). Appartenere alla stessa famiglia UWBG, quindi, non significa offrire le stesse prestazioni nel trasporto del calore.
La sigla UWBG descrive infatti una proprietà elettronica: l’ampiezza dell’intervallo energetico tra banda di valenza e banda di conduzione. La ricerca sui materiali semiconduttori segue più direzioni, dalla gestione della potenza alla miniaturizzazione: anche la crescita di semiconduttori bidimensionali su scala wafer affronta un problema specifico, quello della realizzazione di strati uniformi per costruire transistor.
Per sfruttare il diamante nella gestione termica, una strada studiata consiste nell’integrare materiali semiconduttori con substrati ad alta conducibilità. Il punto delicato è l’interfaccia termica: il passaggio del calore tra due materiali dipende anche dalla qualità del loro contatto. Le proprietà del diamante devono quindi tradursi in un trasferimento efficace attraverso l’intera struttura del dispositivo.
Il passaggio politico riguarda la selezione dei materiali nella bozza di MIIT e NDRC; il testo disponibile non documenta un chip AI commerciale raffreddato con diamante né una riduzione misurata delle temperature. Sul piano progettuale, l’applicazione ai chip AI riguarda soprattutto il percorso del calore dalla zona che lo genera al sistema di raffreddamento, aggiungendo ai parametri elettrici una variabile decisiva: come sono costruiti e collegati i diversi strati.
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