शोधकर्ताओं ने सेमीकंडक्टर क्रिस्टल के अंदर लिक्विड कूलिंग का निर्माण किया है

जब डेस्कटॉप प्रोसेसर ने पहली बार 1 गीगाहर्ट्ज़ को तोड़ा, तो कुछ समय के लिए ऐसा लगा जैसे कहीं जाना ही नहीं है। सबसे पहले, नई तकनीकी प्रक्रियाओं के कारण आवृत्ति बढ़ाना संभव था, लेकिन गर्मी हटाने की बढ़ती आवश्यकताओं के कारण आवृत्तियों की प्रगति अंततः धीमी हो गई। यहां तक ​​कि बड़े रेडिएटर्स और पंखों के पास भी कभी-कभी सबसे शक्तिशाली चिप्स से गर्मी निकालने का समय नहीं होता है।

स्विट्जरलैंड के शोधकर्ताओं ने कोशिश करने का फैसला किया गर्मी दूर करने का नया तरीका क्रिस्टल के माध्यम से ही तरल प्रवाहित करके। उन्होंने चिप और शीतलन प्रणाली को एक इकाई के रूप में डिजाइन किया, जिसमें ऑन-चिप द्रव चैनल चिप के सबसे गर्म हिस्सों के पास रखे गए थे। परिणाम कुशल ताप अपव्यय के साथ प्रदर्शन में प्रभावशाली वृद्धि है।

चिप से गर्मी हटाने में समस्या का एक हिस्सा यह है कि इसमें आमतौर पर कई चरण शामिल होते हैं: गर्मी को चिप से चिप पैकेजिंग में स्थानांतरित किया जाता है, फिर पैकेजिंग से हीटसिंक में, और फिर हवा में (थर्मल पेस्ट, वाष्प कक्ष, आदि) आगे की प्रक्रिया में भी शामिल हो सकते हैं)। कुल मिलाकर, यह चिप से निकाली जा सकने वाली गर्मी की मात्रा को सीमित करता है। यह वर्तमान में उपयोग में आने वाले तरल शीतलन प्रणालियों के लिए भी सच है। चिप को सीधे तापीय प्रवाहकीय तरल में रखना संभव होगा, लेकिन बाद वाले को बिजली का संचालन नहीं करना चाहिए या इलेक्ट्रॉनिक घटकों के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रवेश नहीं करना चाहिए।

ऑन-चिप लिक्विड कूलिंग के कई प्रदर्शन पहले ही हो चुके हैं। आमतौर पर हम एक ऐसी प्रणाली के बारे में बात कर रहे हैं जिसमें तरल के लिए चैनलों के एक सेट के साथ एक उपकरण को क्रिस्टल पर जोड़ा जाता है, और तरल को इसके माध्यम से पंप किया जाता है। यह चिप से गर्मी को प्रभावी ढंग से हटाने की अनुमति देता है, लेकिन प्रारंभिक कार्यान्वयन से पता चला है कि चैनलों में बहुत अधिक दबाव है और इस तरह से पानी पंप करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है - प्रोसेसर से निकाली गई ऊर्जा से अधिक। इससे सिस्टम की ऊर्जा दक्षता कम हो जाती है और चिप पर खतरनाक यांत्रिक दबाव भी पैदा होता है।

नया शोध ऑन-चिप कूलिंग सिस्टम की दक्षता में सुधार के लिए विचार विकसित करता है। समाधान के लिए, त्रि-आयामी शीतलन प्रणालियों का उपयोग किया जा सकता है - एक अंतर्निहित कलेक्टर (एम्बेडेड मैनिफोल्ड माइक्रोचैनल, ईएमएमसी) के साथ माइक्रोचैनल। उनमें, त्रि-आयामी पदानुक्रमित मैनिफोल्ड एक चैनल का एक घटक है जिसमें शीतलक के वितरण के लिए कई पोर्ट होते हैं।

शोधकर्ताओं ने ईएमएमसी को सीधे चिप पर एकीकृत करके एक मोनोलिथिकली इंटीग्रेटेड मैनिफोल्ड माइक्रोचैनल (एमएमएमसी) विकसित किया। छिपे हुए चैनल चिप के सक्रिय क्षेत्रों के ठीक नीचे बनाए जाते हैं, और शीतलक सीधे ताप स्रोतों के नीचे प्रवाहित होता है। एमएमएमसी बनाने के लिए, सबसे पहले, चैनलों के लिए संकीर्ण स्लॉट एक अर्धचालक-गैलियम नाइट्राइड (जीएएन) के साथ लेपित सिलिकॉन सब्सट्रेट पर खोदे जाते हैं; फिर सिलिकॉन में अंतराल को आवश्यक चैनल चौड़ाई तक चौड़ा करने के लिए एक आइसोट्रोपिक गैस के साथ नक़्क़ाशी का उपयोग किया जाता है; इसके बाद, चैनलों के ऊपर GaN परत के छिद्रों को तांबे से सील कर दिया जाता है। चिप का निर्माण GaN परत में किया जा सकता है। इस प्रक्रिया के लिए कलेक्टर और डिवाइस के बीच कनेक्शन सिस्टम की आवश्यकता नहीं होती है।

शोधकर्ताओं ने एक पावर इलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल लागू किया है जो प्रत्यावर्ती धारा को प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करता है। इसकी मदद से 1,7 किलोवाट/सेमी2 से अधिक के ताप प्रवाह को केवल 0,57 डब्ल्यू/सेमी2 की पंपिंग शक्ति का उपयोग करके ठंडा किया जा सकता है। इसके अलावा, सेल्फ-हीटिंग की कमी के कारण सिस्टम एक समान बिना कूल्ड डिवाइस की तुलना में बहुत अधिक रूपांतरण दक्षता प्रदर्शित करता है।

हालाँकि, आपको एकीकृत शीतलन प्रणाली के साथ GaN-आधारित चिप्स की आसन्न उपस्थिति की उम्मीद नहीं करनी चाहिए - कई मूलभूत मुद्दों को अभी भी हल करने की आवश्यकता है, जैसे सिस्टम स्थिरता, तापमान सीमा, और इसी तरह। और फिर भी, यह एक उज्जवल और ठंडे भविष्य की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।

सूत्रों का कहना है:

• arstechnica.com
• प्रकृति

स्रोत: 3dnews.ru