Ketika prosesor desktop pertama kali memecahkan 1 GHz, untuk sementara sepertinya tidak ada tujuan lain. Pada awalnya, peningkatan frekuensi dimungkinkan karena proses teknis baru, namun kemajuan frekuensi akhirnya melambat karena meningkatnya persyaratan untuk pembuangan panas. Bahkan radiator dan kipas berukuran besar terkadang tidak punya waktu untuk menghilangkan panas dari chip yang paling kuat.
Peneliti dari Swiss memutuskan untuk mencobanya dengan melewatkan cairan melalui kristal itu sendiri. Mereka merancang chip dan sistem pendingin sebagai satu kesatuan, dengan saluran cairan pada chip ditempatkan di dekat bagian terpanas dari chip. Hasilnya adalah peningkatan kinerja yang mengesankan dengan pembuangan panas yang efisien.
Salah satu masalah dalam menghilangkan panas dari sebuah chip adalah bahwa hal ini biasanya melibatkan beberapa tahap: panas dipindahkan dari chip ke kemasan chip, kemudian dari kemasan ke heatsink, dan kemudian ke udara (pasta termal, ruang uap, dll. .mungkin juga terlibat dalam proses Lebih lanjut). Secara total, hal ini membatasi jumlah panas yang dapat dikeluarkan dari chip. Hal ini juga berlaku untuk sistem pendingin cair yang saat ini digunakan. Dimungkinkan untuk menempatkan chip langsung dalam cairan konduktif termal, tetapi cairan konduktif termal tidak boleh menghantarkan listrik atau terlibat dalam reaksi kimia dengan komponen elektronik.
Sudah ada beberapa demonstrasi pendingin cair pada chip. Biasanya kita berbicara tentang sistem di mana perangkat dengan serangkaian saluran untuk cairan digabungkan ke dalam kristal, dan cairan itu sendiri dipompa melaluinya. Hal ini memungkinkan panas dikeluarkan secara efektif dari chip, tetapi implementasi awal menunjukkan bahwa ada banyak tekanan di saluran dan memompa air dengan cara ini memerlukan banyak energi - lebih banyak daripada yang dikeluarkan dari prosesor. Hal ini mengurangi efisiensi energi sistem dan juga menciptakan tekanan mekanis yang berbahaya pada chip.
Penelitian baru mengembangkan ide untuk meningkatkan efisiensi sistem pendingin on-chip. Sebagai solusinya, sistem pendingin tiga dimensi dapat digunakan - saluran mikro dengan kolektor internal (saluran mikro manifold tertanam, EMMC). Di dalamnya, manifold hierarki tiga dimensi merupakan komponen saluran yang memiliki beberapa port untuk distribusi cairan pendingin.
Para peneliti mengembangkan saluran mikro manifold yang terintegrasi secara monolitik (mMMC) dengan mengintegrasikan EMMC langsung ke dalam chip. Saluran tersembunyi dibangun tepat di bawah area aktif chip, dan cairan pendingin mengalir langsung di bawah sumber panas. Untuk membuat mMMC, pertama-tama, slot sempit untuk saluran diukir pada substrat silikon yang dilapisi semikonduktorβgallium nitrida (GaN); kemudian etsa dengan gas isotropik digunakan untuk memperlebar celah silikon hingga lebar saluran yang dibutuhkan; Setelah itu, lubang pada lapisan GaN di atas saluran ditutup dengan tembaga. Chip tersebut dapat diproduksi dalam lapisan GaN. Proses ini tidak memerlukan sistem koneksi antara kolektor dan perangkat.
Para peneliti telah menerapkan modul elektronika daya yang mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Dengan bantuannya, aliran panas lebih dari 1,7 kW/cm2 dapat didinginkan dengan menggunakan daya pemompaan hanya 0,57 W/cm2. Selain itu, sistem ini menunjukkan efisiensi konversi yang jauh lebih tinggi dibandingkan perangkat serupa tanpa pendingin karena kurangnya pemanasan sendiri.
Namun, Anda tidak boleh mengharapkan kemunculan chip berbasis GaN dengan sistem pendingin terintegrasi dalam waktu dekat - sejumlah masalah mendasar masih perlu diselesaikan, seperti stabilitas sistem, batasan suhu, dan sebagainya. Namun, ini merupakan langkah maju yang signifikan menuju masa depan yang lebih cerah dan lebih dingin.
Sumber:
Sumber: 3dnews.ru