Kui lauaarvuti protsessorid esimest korda 1 GHz murdsid, tundus mõnda aega, et pole enam kuhugi minna. Algul oli uute tehniliste protsesside tõttu võimalik sagedust tõsta, kuid sageduste edenemine aeglustus lõpuks kasvavate nõuete tõttu soojuse eemaldamisele. Isegi massiivsetel radiaatoritel ja ventilaatoritel pole mõnikord aega kõige võimsamatelt kiipidelt soojust eemaldada.
Šveitsi teadlased otsustasid proovida juhtides vedelikku läbi kristalli enda. Nad kujundasid kiibi ja jahutussüsteemi ühtse üksusena, kiibil olevad vedelikukanalid paigutati kiibi kuumimate osade lähedusse. Tulemuseks on muljetavaldav jõudluse kasv koos tõhusa soojuse hajutamisega.
Osa kiibilt soojuse eemaldamise probleemist on see, et see hõlmab tavaliselt mitut etappi: soojus kandub kiibilt kiibi pakendisse, seejärel pakendist jahutusradiaatorisse ja seejärel õhku (termopasta, aurukambrid jne). . võib protsessi kaasata ka Edasi). Kokku piirab see kiibilt eemaldatava soojuse hulka. See kehtib ka praegu kasutatavate vedelikjahutussüsteemide kohta. Kiip oleks võimalik asetada otse soojust juhtivasse vedelikku, kuid viimane ei tohiks juhtida elektrit ega astuda keemilistesse reaktsioonidesse elektroonikakomponentidega.
Kiibil asuvat vedelikjahutust on juba mitu korda demonstreeritud. Tavaliselt räägime süsteemist, milles vedelikukanalite komplektiga seade sulatatakse kristallile ja vedelik ise pumbatakse läbi selle. See võimaldab kiibilt tõhusalt soojust eemaldada, kuid esmased teostused näitasid, et kanalites on suur rõhk ja sellisel viisil vee pumpamine nõuab palju energiat – rohkem, kui protsessorist eemaldatakse. See vähendab süsteemi energiatõhusust ja lisaks tekitab kiibile ohtliku mehaanilise pinge.
Uued uuringud arendavad ideid kiibil asuvate jahutussüsteemide tõhususe parandamiseks. Lahenduseks võib kasutada kolmemõõtmelisi jahutussüsteeme - sisseehitatud kollektoriga mikrokanalid (sisseehitatud kollektori mikrokanalid, EMMC). Nendes on kolmemõõtmeline hierarhiline kollektor kanali komponent, millel on jahutusvedeliku jaotamiseks mitu porti.
Teadlased töötasid välja monoliitselt integreeritud kollektori mikrokanali (mMMC), integreerides EMMC otse kiibile. Varjatud kanalid on ehitatud otse kiibi aktiivsete alade alla ja jahutusvedelik voolab otse soojusallikate alla. MMMC loomiseks söövitatakse kõigepealt pooljuhiga – galliumnitriidiga (GaN) kaetud ränisubstraadile kanalite jaoks kitsad pilud; seejärel kasutatakse isotroopse gaasiga söövitamist, et laiendada ränis olevaid vahesid vajaliku kanalilaiuseni; Pärast seda suletakse kanalite kohal olevad GaN kihi augud vasega. Kiipi saab valmistada GaN-kihis. See protsess ei nõua ühendussüsteemi kollektori ja seadme vahel.
Teadlased on kasutusele võtnud jõuelektroonilise mooduli, mis muundab vahelduvvoolu alalisvooluks. Selle abiga saab jahutada üle 1,7 kW/cm2 soojusvoogusid, kasutades pumpamisvõimsust vaid 0,57 W/cm2. Lisaks näitab süsteem isekuumenemise puudumise tõttu palju suuremat muundamise efektiivsust kui sarnasel jahutamata seadmel.
Siiski ei tasu oodata GaN-põhiste integreeritud jahutussüsteemiga kiipide peatset ilmumist – lahendamist vajavad veel mitmed põhimõttelised probleemid, nagu süsteemi stabiilsus, temperatuuripiirangud jne. Ja siiski, see on märkimisväärne samm edasi helgema ja külmema tuleviku suunas.
Allikad:
Allikas: 3dnews.ru