Kun pöytätietokoneiden prosessorit rikkoivat ensimmäisen kerran 1 GHz:n taajuuden, hetken aikaa näytti siltä, ettei ollut minnekään mennä. Aluksi taajuutta pystyttiin kasvattamaan uusien teknisten prosessien ansiosta, mutta taajuuksien eteneminen hidastui lopulta lisääntyneiden lämmönpoistovaatimusten vuoksi. Jopa massiivisilla pattereilla ja tuulettimilla ei joskus ole aikaa poistaa lämpöä tehokkaimmista siruista.
Sveitsiläiset tutkijat päättivät kokeilla johtamalla nestettä itse kiteen läpi. He suunnittelivat sirun ja jäähdytysjärjestelmän yhdeksi yksiköksi, jossa on sirun nestekanavat sijoitettu lähelle sirun kuumimpia osia. Tuloksena on vaikuttava suorituskyvyn kasvu tehokkaalla lämmönpoistolla.
Osa lämmönpoiston ongelmasta sirusta on, että se käsittää yleensä useita vaiheita: lämpö siirtyy sirusta lastupakkaukseen, sitten pakkauksesta jäähdytyselementtiin ja sitten ilmaan (lämpöpasta, höyrykammiot jne. . voi myös olla mukana prosessissa. Kaiken kaikkiaan tämä rajoittaa sirusta poistettavan lämmön määrää. Tämä pätee myös tällä hetkellä käytössä oleviin nestejäähdytysjärjestelmiin. Siru olisi mahdollista sijoittaa suoraan lämpöä johtavaan nesteeseen, mutta jälkimmäinen ei saa johtaa sähköä tai joutua kemiallisiin reaktioihin elektronisten komponenttien kanssa.
Chip-nestejäähdytystä on jo esitelty useita. Yleensä puhumme järjestelmästä, jossa laite, jossa on joukko nesteen kanavia, sulatetaan kiteen ja itse neste pumpataan sen läpi. Tämä mahdollistaa lämmön tehokkaan poistamisen sirusta, mutta ensimmäiset toteutukset osoittivat, että kanavissa on paljon painetta ja veden pumppaus tällä tavalla vaatii paljon energiaa - enemmän kuin prosessorista poistuu. Tämä heikentää järjestelmän energiatehokkuutta ja lisäksi aiheuttaa vaarallista mekaanista rasitusta sirulle.
Uusi tutkimus kehittää ideoita on-chip-jäähdytysjärjestelmien tehostamiseksi. Ratkaisuna voidaan käyttää kolmiulotteisia jäähdytysjärjestelmiä - sisäänrakennetulla keräimellä varustettuja mikrokanavia (embedded jakoputken mikrokanavat, EMMC). Niissä kolmiulotteinen hierarkkinen jakoputkisto on osa kanavaa, jossa on useita portteja jäähdytysnesteen jakelua varten.
Tutkijat kehittivät monoliittisesti integroidun monikanavamikrokanavan (mMMC) integroimalla EMMC:n suoraan sirulle. Piilokanavat on rakennettu suoraan sirun aktiivisten alueiden alle ja jäähdytysneste virtaa suoraan lämmönlähteiden alle. mMMC:n luomiseksi ensin syövytetään kapeat raot kanaville piisubstraatille, joka on päällystetty puolijohteella - galliumnitridillä (GaN); sitten käytetään etsausta isotrooppisella kaasulla laajentamaan piin rakoja vaadittuun kanavan leveyteen; Tämän jälkeen kanavien päällä olevat GaN-kerroksen reiät tiivistetään kuparilla. Siru voidaan valmistaa GaN-kerroksena. Tämä prosessi ei vaadi liitäntäjärjestelmää keräimen ja laitteen välille.
Tutkijat ovat ottaneet käyttöön tehoelektroniikkamoduulin, joka muuntaa vaihtovirran tasavirraksi. Sen avulla voidaan jäähdyttää yli 1,7 kW/cm2 lämpövirtoja vain 0,57 W/cm2 pumppausteholla. Lisäksi järjestelmällä on paljon korkeampi muunnostehokkuus kuin vastaavalla jäähdyttämättömällä laitteella itsekuumenemisen puutteen vuoksi.
Sinun ei kuitenkaan pitäisi odottaa GaN-pohjaisten sirujen välitöntä ilmaantumista integroidulla jäähdytysjärjestelmällä - useita peruskysymyksiä on vielä ratkaistava, kuten järjestelmän vakaus, lämpötilarajat ja niin edelleen. Ja kuitenkin, tämä on merkittävä askel eteenpäin kohti valoisampaa ja kylmempää tulevaisuutta.
Lähteet:
Lähde: 3dnews.ru