Калі настольныя працэсары ўпершыню пераадолелі частату ў 1 Ггц, нейкі час здавалася, што ісці далей няма куды. Спачатку атрымоўвалася паднімаць частату за кошт новых тэхпрацэсаў, але прагрэс частот у выніку затармазіў з-за якія растуць патрабаванняў да адводу цяпла. Нават масіўныя радыятары і вентылятары не паспяваюць часам адводзіць цеплыню ад самых магутных чыпаў.
Даследнікі са Швейцарыі вырашылі паспрабаваць шляхам пропуску вадкасці праз сам крышталь. Яны спраектавалі чып і сістэму астуджэння як адзінае цэлае, пры гэтым каналы для вадкасці на крышталі размясцілі побач з найболей гарачымі часткамі чыпа. Вынік - уражлівы прырост прадукцыйнасці пры эфектыўным адводзе цяпла.
Збольшага праблема з адводам цяпла ад чыпа складаецца ў тым, што звычайна гаворка ідзе аб некалькіх этапах: цеплыня адводзіцца ад мікрасхемы да пакавання чыпа, затым ад пакавання да радыятара, а затым - да паветра (таксама падчас могуць удзельнічаць термопаста, испарительные камеры і так далей). У суме гэта абмяжоўвае аб'ёмы цяпла, якое можна адвесці ад чыпа. Гэта дакладна і для выкарыстоўваных у наш час сістэм вадкаснага астуджэння. Можна было б змясціць чып непасрэдна ў цеплаправодную вадкасць, але апошняя не павінна праводзіць электрычнасць і ўступаць у хімічныя рэакцыі з электроннымі кампанентамі.
Раней ужо было некалькі дэманстрацый убудаванага ў чып вадкаснага астуджэння. Звычайна гаворка ідзе пра сістэму, у якой прылада з наборам каналаў для вадкасці наплаўлена на крышталь, а сама вадкасць прапампоўваецца помпамі праз яе. Гэта дазваляе эфектыўна адводзіць цяпло ад чыпа, але першапачатковыя рэалізацыі паказалі, што ў каналах узнікае моцны ціск і для прапампоўвання вады такім спосабам патрабуецца шмат энергіі - больш, чым адводзіцца ад працэсара. Гэта змяншае энергаэфектыўнасць сістэмы і ў дадатак стварае небяспечныя механічныя нагрузкі на чып.
Новае даследаванне развівае ідэі павышэння эфектыўнасці інтэграваных на чып сістэм астуджэння. Для рашэння могуць выкарыстоўвацца трохмерныя сістэмы астуджэння – мікраканалы з убудаваным калектарам (embedded manifold microchannels, EMMC). У іх трохмерны іерархічны калектар з'яўляецца кампанентам канала, які мае некалькі партоў для размеркавання астуджальнай вадкасці.
Даследнікі распрацавалі маналітна інтэграваны мікраканал калектара (monolithically integrated manifold microchannel, mMMC), інтэграваўшы EMMC прама на крышталь. Схаваная каналы ўбудаваны прама пад актыўнымі абласцямі мікрасхемы, і астуджальная вадкасць праходзіць непасрэдна пад крыніцамі цяпла. Для стварэння mММС спачатку на крамянёвай падкладцы, пакрытай паўправадніком - нітрыдам галію (GaN), пратручваюцца вузкія шчыліны пад каналы; затым ужываецца тручэнне ізатропным газам для пашырэння шчылін у крэмніі да неабходнай шырыні каналаў; пасля гэтага адтуліны ў пласце GaN па-над каналамі латаюцца меддзю. Чып можа вырабляцца ў пласце GaN. Такі працэс не патрабуе злучальнай сістэмы паміж калектарам і прыладай.
Даследнікі рэалізавалі сілавы электронны модуль, які пераўтварае пераменны ток у пастаянны. З яго дапамогай цеплавыя струмені больш 1,7 квт/см2 можна астудзіць, выкарыстаючы магутнасць прапампоўкі толькі 0,57 Вт/см2. У дадатак сістэма дэманструе значна больш высокую эфектыўнасць пераўтварэння, чым аналагічная неахаладжаная прылада з-за адсутнасці саманагрэву.
Зрэшты, не варта чакаць хуткага з'яўлення чыпаў на аснове GaN з інтэграванай сістэмай астуджэння – маецца быць яшчэ вырашыць цэлы шэраг прынцыповых момантаў накшталт стабільнасці сістэмы, лімітавых тэмператур і гэтак далей. І, тым не менш, гэта прыкметны крок наперад да больш светлай і халоднай будучыні.
Крыніцы:
Крыніца: 3dnews.ru