The Register紙の報道によると、Maxwell Labsという新興企業は、サンディア国立研究所の支援を受けて、レーザーで高性能コンピューティングハードウェアを冷却する新技術の開発に取り組んでいる。
現代のデータセンターにとって放熱が大きな課題となっているため、近年、様々な冷却方法が試行錯誤され、導入されてきました。長年、業界では空冷が主流でしたが、その後、大手企業は液体冷却の実験を始め、温水冷却と冷水冷却の両方を試し、液浸冷却をテストし、さらには今後数年間で導入する計画まで立てています。冷却にまだ利用されていないものが1つあります。それはレーザーです。レーザーはプロセッサの熱を奪うのに使用できますが、落とし穴があります。
斬新なアプローチ
The Register紙によると、スタートアップ企業のMaxwell Labsは、サンディア国立研究所の支援を受け、高性能コンピューティング・ハードウェアを冷却する新たな方法の開発に取り組んでいる。この技術では、超高純度ガリウムヒ素（GaAs）製の特殊な冷却プレートを使用し、特定波長のコヒーレントレーザー光を集光することで冷却する。強力な光線が関与する多くの相互作用で一般的に見られる加熱とは異なり、この緻密に設計された構造により、GaAsの高い電子移動度を活かして半導体が正確な位置で熱を放出する。この方法は、従来の冷却システムに取って代わるものではなく、むしろそれを補助するものと期待されている。
これを実用化するために、GaAs半導体は薄型コンポーネントとして構成され、プロセッサの高熱領域に直接配置されます。半導体内の微細パターンがコヒーレントビームをこれらのホットスポットに正確に誘導し、極めて局所的な冷却を実現します。これにより、GaAsとレーザーを用いてシステム全体を冷却するのではなく、問題となる箇所の熱を直接管理することで効率性を確保します。この技術は以前の研究に端を発しており、報告書によると、2012年にはコペンハーゲン大学で同様の方法を用いて微小な膜を-269℃まで冷却しています。
さらに、この技術は独自の機能を備えています。マクスウェル氏によると、除去されたエネルギーを熱として回収できるのです。チップから抽出された熱エネルギーは、環境に放散されるのではなく、利用可能な光子として放出され、電力に変換されます。これは確かにコンピューティングシステム全体のエネルギー効率を向上させますが、このプロセスの効率性はまだ明らかになっていません。
極端なコストと製造上の課題
冷却に GaAs 半導体を使用するアプローチは確かに革新的ですが、コストと製造可能性の両方の観点から非常に大きな課題を伴います。
まず、超高純度GaAsウエハーの製造には、分子線エピタキシー（MBE）や有機金属化学気相成長（MOCVD）といった複雑でエネルギー集約的な技術が必要です。超高純度の結晶層を扱うため、欠陥率が高くなる可能性があり、これがコストに影響します。WaferWorldによると、現在、GaAs製の200mmウエハーは約5,000ドルですが、同サイズのシリコンウエハーは5ドル程度まで安くなる可能性があります。
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GaAsトランジスタは、従来のシリコンベースのチップに単一のウェハ上でシームレスに統合することはできません。しかし、GaAsトランジスタを従来のチップ（あるいはチップレット）の冷却に使用したい場合は、シリコンフォトニクスを用いたシステムでよく知られている技術であるヘテロジニアス3Dインテグレーションやウェハボンディングを使用することができます。これらの技術は非常に高価ですが、GaAsウェハ自体ほど高価ではありません。
初期段階
現在、このコンセプトは実験とモデリングの段階にあります。マクスウェル研究所のCEO、ジェイコブ・バルマ氏によると、シミュレーションではこの方法が有望であることが示唆されていますが、これまでのテストは完全なシステムではなく個々のコンポーネントに限定されており、物理的な試験での確認は未だ行われていません。
完全なセットアップについて言えば、Maxwell Labsは2025年秋までに機能するプロトタイプを完成させる予定です。興味深いことに、Maxwell Labsは最初のバージョンであるMXL-Gen1の早期導入者を既に見つけており、今後2年間で初期システムの提供を計画しています。開発が順調に進めば、2027年末にはより広範なアクセスが可能になると予想されています。
アントン・シロフはTom's Hardwareの寄稿ライターです。過去数十年にわたり、CPUやGPUからスーパーコンピュータ、最新のプロセス技術や最新の製造ツールからハイテク業界のトレンドまで、あらゆる分野をカバーしてきました。
