Quando i processori desktop superarono per la prima volta 1 GHz, per un po' sembrò che non ci fosse nessun posto dove andare. Inizialmente è stato possibile aumentare la frequenza grazie a nuovi processi tecnici, ma poi il progresso delle frequenze è rallentato a causa delle crescenti esigenze di rimozione del calore. Anche i radiatori e le ventole di grandi dimensioni a volte non hanno il tempo di rimuovere il calore dai chip più potenti.
I ricercatori svizzeri hanno deciso di provare facendo passare il liquido attraverso il cristallo stesso. Hanno progettato il chip e il sistema di raffreddamento come una singola unità, con canali del fluido sul chip posizionati vicino alle parti più calde del chip. Il risultato è un impressionante aumento delle prestazioni con un'efficiente dissipazione del calore.
Parte del problema con la rimozione del calore da un chip è che di solito comporta diverse fasi: il calore viene trasferito dal chip all'imballaggio del chip, quindi dall'imballaggio al dissipatore di calore e quindi all'aria (pasta termica, camere di vapore, ecc.) . può anche essere coinvolto nel processo Ulteriore). In totale, ciò limita la quantità di calore che può essere rimossa dal chip. Ciò vale anche per i sistemi di raffreddamento a liquido attualmente in uso. Sarebbe possibile posizionare il chip direttamente in un liquido termicamente conduttivo, ma quest'ultimo non dovrebbe condurre elettricità né entrare in reazioni chimiche con componenti elettronici.
Ci sono già state diverse dimostrazioni di raffreddamento a liquido su chip. Di solito parliamo di un sistema in cui un dispositivo con una serie di canali per il liquido è fuso su un cristallo e il liquido stesso viene pompato attraverso di esso. Ciò consente di rimuovere efficacemente il calore dal chip, ma le implementazioni iniziali hanno dimostrato che c'è molta pressione nei canali e che pompare l'acqua in questo modo richiede molta energia, più di quella rimossa dal processore. Ciò riduce l'efficienza energetica del sistema e crea inoltre pericolose sollecitazioni meccaniche sul chip.
Una nuova ricerca sviluppa idee per migliorare l'efficienza dei sistemi di raffreddamento su chip. Come soluzione, è possibile utilizzare sistemi di raffreddamento tridimensionali: microcanali con collettore integrato (microcanali collettori incorporati, EMMC). In essi, un collettore gerarchico tridimensionale è un componente di un canale che ha diverse porte per la distribuzione del refrigerante.
I ricercatori hanno sviluppato un microcanale collettore monoliticamente integrato (mMMC) integrando l'EMMC direttamente sul chip. Canali nascosti sono costruiti proprio sotto le aree attive del chip e il refrigerante scorre direttamente sotto le fonti di calore. Per creare mMMC, innanzitutto, stretti slot per i canali vengono incisi su un substrato di silicio rivestito con un semiconduttore: nitruro di gallio (GaN); quindi viene utilizzato l'attacco con un gas isotropo per allargare gli spazi nel silicio fino alla larghezza del canale richiesta; Successivamente, i fori nello strato GaN sopra i canali vengono sigillati con rame. Il chip può essere prodotto in uno strato GaN. Questo processo non richiede un sistema di connessione tra il collettore e il dispositivo.
I ricercatori hanno implementato un modulo elettronico di potenza che converte la corrente alternata in corrente continua. Con il suo aiuto è possibile raffreddare flussi di calore superiori a 1,7 kW/cm2 utilizzando una potenza di pompaggio di soli 0,57 W/cm2. Inoltre, il sistema presenta un'efficienza di conversione molto più elevata rispetto a un dispositivo simile non raffreddato a causa della mancanza di autoriscaldamento.
Tuttavia, non dovresti aspettarti l'imminente comparsa di chip basati su GaN con un sistema di raffreddamento integrato: devono ancora essere risolti alcuni problemi fondamentali, come la stabilità del sistema, i limiti di temperatura e così via. Eppure, questo è un significativo passo avanti verso un futuro più luminoso e più freddo.
Fonti:
Fonte: 3dnews.ru