Quan els processadors d'escriptori van trencar per primera vegada 1 GHz, durant un temps va semblar que no hi havia on anar. Al principi, va ser possible augmentar la freqüència a causa de nous processos tècnics, però el progrés de les freqüències va acabar alentint-se a causa dels creixents requeriments d'eliminació de calor. Fins i tot els radiadors i ventiladors massius de vegades no tenen temps per eliminar la calor dels xips més potents.
Investigadors de Suïssa van decidir provar-ho fent passar líquid pel propi cristall. Van dissenyar el xip i el sistema de refrigeració com una sola unitat, amb canals de fluid en xip col·locats a prop de les parts més calentes del xip. El resultat és un augment impressionant del rendiment amb una dissipació eficient de la calor.
Part del problema amb l'eliminació de la calor d'un xip és que sol comportar diverses etapes: la calor es transfereix del xip a l'envàs del xip, després de l'envàs al dissipador de calor i després a l'aire (pasta tèrmica, cambres de vapor, etc.). També pot participar en el procés Més endavant). En total, això limita la quantitat de calor que es pot eliminar del xip. Això també és cert per als sistemes de refrigeració líquida que s'utilitzen actualment. Seria possible col·locar el xip directament en un líquid tèrmicament conductor, però aquest últim no hauria de conduir l'electricitat ni entrar en reaccions químiques amb components electrònics.
Ja hi ha hagut diverses demostracions de refrigeració líquida en xip. Normalment estem parlant d'un sistema en què un dispositiu amb un conjunt de canals per al líquid es fusiona sobre un cristall i el mateix líquid es bombeja a través d'ell. Això permet eliminar la calor de manera efectiva del xip, però les implementacions inicials van demostrar que hi ha molta pressió als canals i bombejar aigua d'aquesta manera requereix molta energia, més de la que s'elimina del processador. Això redueix l'eficiència energètica del sistema i, a més, crea una tensió mecànica perillosa al xip.
Les noves investigacions desenvolupen idees per millorar l'eficiència dels sistemes de refrigeració en xip. Per a una solució, es poden utilitzar sistemes de refrigeració tridimensionals: microcanals amb un col·lector integrat (microcanals col·lectors integrats, EMMC). En ells, un col·lector jeràrquic tridimensional és un component d'un canal que té diversos ports per a la distribució del refrigerant.
Els investigadors van desenvolupar un microcanal múltiple integrat monolíticament (mMMC) integrant EMMC directament al xip. Els canals ocults es construeixen just sota les zones actives del xip i el refrigerant flueix directament sota les fonts de calor. Per crear mMMC, primer, es gravan ranures estretes per als canals sobre un substrat de silici recobert amb un semiconductor: nitrur de gal·li (GaN); després s'utilitza el gravat amb un gas isòtrop per ampliar els buits del silici fins a l'amplada del canal requerida; Després d'això, els forats de la capa de GaN sobre els canals es segellen amb coure. El xip es pot fabricar en una capa de GaN. Aquest procés no requereix un sistema de connexió entre el col·lector i el dispositiu.
Els investigadors han implementat un mòdul electrònic de potència que converteix el corrent altern en corrent continu. Amb la seva ajuda, es poden refredar fluxos de calor superiors a 1,7 kW/cm2 amb una potència de bombeig de només 0,57 W/cm2. A més, el sistema presenta una eficiència de conversió molt més alta que un dispositiu similar sense refrigerar a causa de la manca d'autoescalfament.
Tanmateix, no hauríeu d'esperar l'aparició imminent de xips basats en GaN amb un sistema de refrigeració integrat; encara cal resoldre una sèrie de problemes fonamentals, com ara l'estabilitat del sistema, els límits de temperatura, etc. No obstant això, aquest és un pas important cap a un futur més brillant i fred.
Fonts:
Font: 3dnews.ru