Amikor az asztali processzorok először letörték az 1 GHz-et, egy ideig úgy tűnt, nincs hova menni. Eleinte lehetőség volt a frekvencia növelésére az új technikai folyamatok miatt, de a frekvenciák előrehaladása végül lelassult a növekvő hőelvonási igények miatt. Még a masszív radiátoroknak és ventilátoroknak sincs ideje eltávolítani a hőt a legerősebb forgácsokból.
Svájc kutatói úgy döntöttek, hogy megpróbálják folyadék átengedésével magán a kristályon. A chipet és a hűtőrendszert egyetlen egységként tervezték, a chipen belüli folyadékcsatornákkal a chip legforróbb részei közelében. Az eredmény lenyűgöző teljesítménynövekedés hatékony hőelvezetéssel.
A chipből történő hő eltávolításának egyik problémája az, hogy általában több lépésből áll: a hő a chipből a chip csomagolásába kerül, majd a csomagolásból a hűtőbordába, majd a levegőbe (hőpaszta, gőzkamrák stb.) . is részt vehet a folyamatban Tovább). Összességében ez korlátozza a chipből eltávolítható hőmennyiséget. Ez a jelenleg használt folyadékhűtő rendszerekre is igaz. Lehetséges lenne a chipet közvetlenül egy hővezető folyadékba helyezni, de az utóbbi nem vezethet elektromosságot, és nem léphet kémiai reakcióba elektronikus alkatrészekkel.
A chipen belüli folyadékhűtést már több bemutatón is bemutatták. Általában olyan rendszerről beszélünk, amelyben egy folyadékcsatorna-készlettel rendelkező eszközt egy kristályra olvasztják, és magát a folyadékot átszivattyúzzák. Ez lehetővé teszi a hő hatékony eltávolítását a chipről, de a kezdeti megvalósítások azt mutatták, hogy nagy nyomás van a csatornákban, és a víz ily módon történő szivattyúzása sok energiát igényel - többet, mint amennyit a processzor eltávolít. Ez csökkenti a rendszer energiahatékonyságát, és emellett veszélyes mechanikai igénybevételt hoz létre a chipen.
Az új kutatások ötleteket dolgoznak ki az on-chip hűtőrendszerek hatékonyságának javítására. A megoldáshoz háromdimenziós hűtőrendszerek használhatók - mikrocsatornák beépített kollektorral (beágyazott elosztó mikrocsatornák, EMMC). Ezekben a háromdimenziós hierarchikus elosztó egy olyan csatorna alkatrésze, amely több porttal rendelkezik a hűtőfolyadék elosztására.
A kutatók egy monolitikusan integrált elosztó mikrocsatornát (mMMC) fejlesztettek ki az EMMC közvetlenül a chipbe történő integrálásával. Közvetlenül a chip aktív területei alá rejtett csatornák épülnek, a hűtőfolyadék pedig közvetlenül a hőforrások alatt folyik. Az mMMC létrehozásához először a csatornák keskeny réseit egy félvezető-gallium-nitriddel (GaN) bevont szilícium hordozóra marják; majd izotróp gázzal maratással a szilíciumban lévő réseket a kívánt csatornaszélességre tágítják; Ezt követően a csatornák feletti GaN réteg lyukait rézzel lezárják. A chip GaN rétegben gyártható. Ez a folyamat nem igényel csatlakozási rendszert a kollektor és a készülék között.
A kutatók olyan teljesítményelektronikai modult vezettek be, amely a váltakozó áramot egyenárammá alakítja. Segítségével 1,7 kW/cm2-nél nagyobb hőáram hűthető le mindössze 0,57 W/cm2 szivattyúzási teljesítménnyel. Ráadásul a rendszer az önmelegedés hiánya miatt sokkal nagyobb átalakítási hatásfokkal rendelkezik, mint egy hasonló hűtetlen készülék.
Nem kell azonban számítani a GaN alapú, integrált hűtőrendszerrel ellátott chipek közelgő megjelenésére – számos alapvető probléma megoldásra vár még, mint például a rendszer stabilitása, a hőmérsékleti korlátok stb. És mégis, ez egy jelentős lépés egy szebb és hidegebb jövő felé.
Forrás:
Forrás: 3dnews.ru