Cientistas desenvolvem termômetros 2D ultrafinos que podem ser incorporados a processadores e detectam variações de temperatura em 100 nanosegundos!

Pesquisadores da Penn State desenvolveram sensores de temperatura microscópicos que podem ser incorporados diretamente em chips de processadores. Esses dispositivos, descritos em um artigo publicado em 6 de março na Nature Sensors, são feitos de uma nova classe de materiais bidimensionais. Eles conseguem detectar mudanças de temperatura em apenas 100 nanosegundos, um tempo extraordinariamente rápido, e possuem dimensões tão minúsculas que milhares podem ser colocados em um único chip.

Atualmente, os processadores dependem de sensores de temperatura localizados fora do próprio chip, o que limita a velocidade e a precisão do monitoramento térmico. Essa questão é relevante porque transistores individuais podem sofrer picos de temperatura mais rapidamente do que os sensores externos conseguem registrar. Isso obriga os chips a aplicarem um throttling térmico conservador em todo o núcleo, em vez de reagir a pontos quentes específicos. O design da Penn State resolve esse problema ao integrar a detecção de temperatura diretamente no silício, utilizando as mesmas correntes elétricas que já fluem pelo chip.

Os sensores utilizam thiophosphates bimetálicos, um material bidimensional que nunca tinha sido empregado antes para medição térmica. A característica principal desse material é que seus íons se movimentam livremente mesmo quando expostos a uma corrente elétrica. Essa propriedade, geralmente indesejada em transistores, foi aproveitada pela equipe de pesquisa, permitindo que o transporte de íons para a detecção de temperatura fosse combinado com o transporte de elétrons para a leitura dos dados térmicos. O resultado é um sensor que, segundo os pesquisadores, não requer circuitos adicionais ou conversores de sinal, consumindo até 80 vezes menos energia do que os sensores térmicos convencionais.

Embora as pesquisas tenham avançado para a fabricação e testes em laboratório, ainda é um conceito experimental. A integração comercial desseschips exigirá que os fabricantes validem o processo em escala. Entretanto, as especificações demonstradas — tempo de resposta de 100 nanosegundos, tamanho de um micrômetro quadrado e ausência de necessidade de circuitos adicionais — ajudam a superar algumas das limitações que impedem a monitorização térmica em produção de silício.