Cando os procesadores de escritorio romperon por primeira vez 1 GHz, durante un tempo parecía que non había onde ir. Nun primeiro momento, foi posible aumentar a frecuencia debido a novos procesos técnicos, pero o progreso das frecuencias acabou ralentizando debido aos crecentes requisitos para a eliminación de calor. Incluso os radiadores e ventiladores masivos ás veces non teñen tempo para eliminar a calor dos chips máis poderosos.
Investigadores de Suíza decidiron probalo ao facer pasar líquido polo propio cristal. Deseñaron o chip e o sistema de refrixeración como unha única unidade, con canles de fluído no chip situados preto das partes máis quentes do chip. O resultado é un aumento impresionante do rendemento cunha disipación de calor eficiente.
Parte do problema coa eliminación da calor dun chip é que normalmente implica varias etapas: a calor transfírese do chip ao envase do chip, despois do envase ao disipador de calor e despois ao aire (pasta térmica, cámaras de vapor, etc. . Tamén pode estar implicado no proceso Ademais). En total, isto limita a cantidade de calor que se pode eliminar do chip. Isto tamén é certo para os sistemas de refrixeración líquida actualmente en uso. Sería posible colocar o chip directamente nun líquido termocondutor, pero este non debería conducir electricidade nin entrar en reaccións químicas con compoñentes electrónicos.
Xa houbo varias demostracións de refrixeración líquida no chip. Normalmente estamos a falar dun sistema no que un dispositivo cun conxunto de canles para o líquido se funde sobre un cristal e o propio líquido é bombeado a través del. Isto permite eliminar eficazmente a calor do chip, pero as implementacións iniciais demostraron que hai moita presión nas canles e bombear auga deste xeito require moita enerxía, máis da que se elimina do procesador. Isto reduce a eficiencia enerxética do sistema e, ademais, crea un perigo mecánico no chip.
Novas investigacións desenvolven ideas para mellorar a eficiencia dos sistemas de refrixeración no chip. Para unha solución, pódense usar sistemas de refrixeración tridimensional: microcanles cun colector incorporado (microcanles de colector integrados, EMMC). Neles, un colector xerárquico tridimensional é un compoñente dunha canle que ten varios portos para a distribución de refrixerante.
Os investigadores desenvolveron unha microcanle múltiple integrada monolíticamente (mMMC) integrando EMMC directamente no chip. As canles escondidas están construídas xusto debaixo das áreas activas do chip e o refrixerante flúe directamente baixo as fontes de calor. Para crear mMMC, primeiro, grábanse ranuras estreitas para canles nun substrato de silicio revestido cun semicondutor: nitruro de galio (GaN); entón úsase o gravado cun gas isótropo para ampliar os ocos no silicio ata o ancho de canle necesario; Despois diso, os buracos da capa de GaN sobre as canles están selados con cobre. O chip pódese fabricar nunha capa de GaN. Este proceso non require un sistema de conexión entre o colector e o dispositivo.
Os investigadores implementaron un módulo electrónico de potencia que converte a corrente alterna en corrente continua. Coa súa axuda, pódense arrefriar fluxos de calor de máis de 1,7 kW/cm2 utilizando unha potencia de bombeo de só 0,57 W/cm2. Ademais, o sistema presenta unha eficiencia de conversión moito maior que un dispositivo similar sen arrefriar debido á falta de autoquecemento.
Non obstante, non debes esperar a aparición inminente de chips baseados en GaN cun sistema de refrixeración integrado; aínda hai que resolver unha serie de problemas fundamentais, como a estabilidade do sistema, os límites de temperatura, etc. E aínda así, este é un paso adiante significativo cara a un futuro máis brillante e frío.
Fontes:
Fonte: 3dnews.ru