Lorsque les processeurs de bureau ont dépassé pour la première fois la fréquence de 1 GHz, pendant un certain temps, il a semblé qu'il n'y avait nulle part où aller. Au début, il était possible d'augmenter la fréquence grâce à de nouveaux procédés techniques, mais la progression des fréquences s'est finalement ralentie en raison des besoins croissants en matière d'évacuation de la chaleur. Même les radiateurs et les ventilateurs massifs n'ont parfois pas le temps d'évacuer la chaleur des puces les plus puissantes.
Des chercheurs suisses ont décidé d'essayer en faisant passer du liquide à travers le cristal lui-même. Ils ont conçu la puce et le système de refroidissement comme une seule unité, avec des canaux de fluide sur la puce placés à proximité des parties les plus chaudes de la puce. Le résultat est une augmentation impressionnante des performances avec une dissipation thermique efficace.
Une partie du problème de l'évacuation de la chaleur d'une puce est qu'elle implique généralement plusieurs étapes : la chaleur est transférée de la puce au boîtier de la puce, puis du boîtier au dissipateur thermique, puis à l'air (pâte thermique, chambres à vapeur, etc. . peuvent également être impliqués dans le processus (Plus loin). Au total, cela limite la quantité de chaleur pouvant être évacuée de la puce. Cela est également vrai pour les systèmes de refroidissement liquide actuellement utilisés. Il serait possible de placer la puce directement dans un liquide thermiquement conducteur, mais celui-ci ne devrait pas conduire l'électricité ni entrer en réaction chimique avec des composants électroniques.
Il y a déjà eu plusieurs démonstrations de refroidissement liquide sur puce. Nous parlons généralement d'un système dans lequel un dispositif doté d'un ensemble de canaux pour liquide est fusionné sur un cristal et le liquide lui-même est pompé à travers celui-ci. Cela permet d'évacuer efficacement la chaleur de la puce, mais les premières mises en œuvre ont montré qu'il y avait beaucoup de pression dans les canaux et que pomper de l'eau de cette manière nécessite beaucoup d'énergie - plus que ce qui est retiré du processeur. Cela réduit l’efficacité énergétique du système et crée en outre des contraintes mécaniques dangereuses sur la puce.
De nouvelles recherches développent des idées pour améliorer l’efficacité des systèmes de refroidissement sur puce. Pour une solution, des systèmes de refroidissement tridimensionnels peuvent être utilisés - des microcanaux avec un collecteur intégré (microcanaux collecteurs intégrés, EMMC). Dans ceux-ci, un collecteur hiérarchique tridimensionnel fait partie d'un canal comportant plusieurs ports pour la distribution du liquide de refroidissement.
Les chercheurs ont développé un microcanal collecteur monolithiquement intégré (mMMC) en intégrant EMMC directement sur la puce. Des canaux cachés sont construits juste sous les zones actives de la puce et le liquide de refroidissement circule directement sous les sources de chaleur. Pour créer mMMC, des fentes étroites pour les canaux sont d'abord gravées sur un substrat de silicium recouvert d'un semi-conducteur : le nitrure de gallium (GaN) ; puis une gravure avec un gaz isotrope est utilisée pour élargir les interstices du silicium jusqu'à la largeur de canal requise ; Ensuite, les trous de la couche de GaN au-dessus des canaux sont scellés avec du cuivre. La puce peut être fabriquée dans une couche de GaN. Ce procédé ne nécessite pas de système de connexion entre le collecteur et l'appareil.
Les chercheurs ont mis en place un module électronique de puissance qui convertit le courant alternatif en courant continu. Grâce à lui, des flux de chaleur supérieurs à 1,7 kW/cm2 peuvent être refroidis avec une puissance de pompage de seulement 0,57 W/cm2. De plus, le système présente une efficacité de conversion beaucoup plus élevée qu'un appareil similaire non refroidi en raison du manque d'auto-échauffement.
Cependant, il ne faut pas s'attendre à l'apparition imminente de puces à base de GaN avec système de refroidissement intégré : un certain nombre de problèmes fondamentaux doivent encore être résolus, tels que la stabilité du système, les limites de température, etc. Et pourtant, il s’agit d’un pas en avant significatif vers un avenir plus brillant et plus froid.
Sources:
Source: 3dnews.ru