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5x besser als Kupfer: Diamantwafer soll Kühlung von High-End-Chips verbessern
Diamond Foundry hat nach 25 Jahren Forschung und Entwicklung nach eigenen Angaben den weltweit ersten Wafer aus einkristallinem Diamant mit 200 mm Durchmesser hergestellt. Das Material soll Wärme mindestens fünfmal besser leiten als Kupfer. Es soll künftig eingesetzt werden, um Hotspots leistungsstarker Prozessoren zu kühlen.
Die effiziente und effektive Kühlung von leistungsfähigen Prozessoren und Grafikkarten mit wachsendem Energieverbrauch ist bereits jetzt ein Problem, vor allem im Serverbereich. Durch die bessere Wärmeableitung des einkristallinem Diamantwafers soll die Leistungsfähigkeit kommender Prozessorgenerationen gesteigert werden, indem vor allem in einzelnen Bereichen die Wärmeübertragung erheblich verbessert werden könne.
Das Substrat von Diamond Foundry ist allerdings sehr teuer, weshalb künftig vor allem der Einsatz in KI-Chips möglich erscheint, bei denen Geld aktuell ohnehin kaum eine Rolle spielt. Der gezeigte Wafer ist zudem noch nicht für den kommerziellen Einsatz geeignet, sondern müsste zunächst weitere Veredelungs- und Validierungsschritte durchlaufen.
Einkristalliner Diamant erreicht eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 2.000 W/(m·K). Kupfer kommt auf etwa 400 W/(m·K). Neben der hohen Wärmeleitung ist Diamant darüber hinaus ein natürlicher elektrischer Isolator, reduziert also gleichsam das Risiko von Kurzschlüssen.
Laut Diamond Foundry ziele die Technologie vor allem auf Hotspots in Prozessoren, in denen sich die Wärme staut und die besonders heiß werden. Auch aktuelle Kühlsysteme sind hier nicht immer in der Lage, die Wärme schnell genug zu verteilen.
Durch die Integration von Diamant direkt in das Prozessor-Package soll die Wärme gleichmäßiger verteilt werden. Dies soll für höhere Taktraten, geringere Energieverluste und eine längere Lebensdauer sorgen.
Bei polykristallinen Materialien, die anders als der vorgestellte Diamantwafer aus mehreren kleinen Kristallen bestehen, kann diese Struktur den Wärmetransport im Inneren behindern.
Als nächsten Entwicklungsschritt strebt Diamond Foundry Wafer mit 300 mm Durchmesser vor 2030 an. Da diese Größe auch in den meisten aktuellen Foundrys eingesetzt wird, könne dies die Integration in aktuelle Lithografiesysteme erleichtern. Informationen zum geplanten Verkaufsstart, der Produktionsausbeute oder den Kosten hat Diamond Foundry bislang nicht bekannt gegeben.