Diamantes na nova corrida para resfriar chips de IA

À medida que as empresas de tecnologia expandem seus data centers para suportar modelos de inteligência artificial mais avançados, o consumo de energia e calor gerado por esses equipamentos cresce exponencialmente. Uma inovação promissora nesse contexto é o uso de diamantes sintéticos, materiais com propriedades térmicas superiores, para resfriar os chips de computação, reduzindo o desperdício energético.

O desperdício de energia nos chips e a busca por soluções inovadoras

Segundo R. Martin Roscheisen, engenheiro elétrico e fundador da Diamond Foundry, mais da metade da energia consumida pelos transistores é perdida na forma de calor, devido à corrente de fuga que acontece no nível do transistor. Essa perda representa um grande desperdício energético, reduz a vida útil dos chips e compromete sua eficiência — o que, por sua vez, gera ainda mais calor, criando um ciclo vicioso.

Um dos maiores desafios no gerenciamento térmico de data centers é manter esses servidores refrigerados para evitar falhas. Para isso, pesquisadores têm buscado materiais capazes de conduzir calor de forma mais eficiente.

Diamantes no coração da tecnologia

Roscheisen está entre os engenheiros que trabalham na incorporação de pequenos fragmentos de diamante sintético nos chips para dissipar o calor de maneira mais eficaz. O diamante é o material mais duro conhecido e possui uma condutividade térmica excepcionalmente alta.

De acordo com Paul May, físico-químico da Universidade de Bristol, o diamante conduz o calor várias vezes mais rápido do que o cobre, material tradicionalmente usado em dissipadores térmicos. Sua estrutura atômica, com ligações fortes entre os átomos de carbono, torna-o extremamente eficiente na transferência de vibrações que transportam calor pelo cristal.

Hoje, já é possível adquirir dispositivos eletrônicos de última geração equipados com dissipadores de diamante. Segundo May, essa tecnologia pode se tornar comum em processadores de computadores e celulares em poucos anos.

A corrida pelo chip mais frio

Roscheisen tem desenvolvido uma camada fina de diamante que pode ser fixada na parte traseira dos chips de silício, ajudando na dissipação do calor. Essas camadas, feitas de monocristais, são mais eficientes que cristais policristalinos, mas sua produção é mais complexa e cara.

A Diamond Foundry fabrica os diamantes sintéticos a partir de gás rico em carbono, que é aquecido até se transformar em plasma, permitindo que os átomos de carbono cristalizem de forma ordenada, formando discos de cerca de dez centímetros de diâmetro. Essas camadas altamente homogêneas eliminam os pontos de superaquecimento, tornando os chips mais duráveis e eficientes.

Enquanto essa tecnologia ainda não é amplamente comercializada, ela promete revolucionar a refrigeração de chips, especialmente na era de explosão de demanda por inteligência artificial, onde o calor é um obstáculo cada vez maior.

O desafio do calor na era da IA

Empresas como a Element Six, subsidiária da De Beers, vêm produzindo diamantes para fins industriais, inclusive para resfriamento de chips de satélites e dispositivos de comunicação. Agora, com o crescimento das demandas térmicas da IA, esse foco se amplia para o resfriamento de chips de computadores.

Bruce Bolliger, chefe de desenvolvimento da Element Six, destaca que uma nova tecnologia híbrida de diamante e cobre pode conduzir calor superior ao cobre puro, com custos mais acessíveis. Segundo ele, esse material pode aumentar a velocidade, prolongar a vida útil e reduzir os custos de resfriamento em data centers.

Apesar dos avanços, há obstáculos técnicos, como a alta temperatura de crescimento do diamante, que atualmente excede os limites do silício. Pesquisadores tentam desenvolver métodos de fabricação de diamantes em temperaturas mais baixas, apoiados por agências como a DARPA, dos Estados Unidos.

Perspectivas futuras

Especialistas acreditam que o uso de diamantes e materiais híbridos pode representar uma revolução na gestão térmica de chips de alta performance, possibilitando avanços que hoje são considerados inviáveis. A busca por soluções eficientes é vista como essencial para suportar a expansão da inteligência artificial e das tecnologias de computação de alto desempenho.

Segundo Evelyn Wang, engenheira do MIT, essa tecnologia tem potencial para reduzir drasticamente a resistência térmica, embora ainda precise ser comprovada comercialmente. No entanto, a corrida por chips mais frios e eficientes promete transformar o setor nos próximos anos, enfrentando o desafio clássico do calor na tecnologia digital.

Fonte: O Globo

Com informações do Jornal Diário do Povo