デスクトップ プロセッサが最初に 1 GHz を突破したとき、しばらくは行き場がないと思われました。 当初は、新しい技術プロセスにより周波数を上げることが可能でしたが、熱除去の必要性が高まったため、周波数の進歩は最終的には減速しました。 巨大なラジエーターやファンであっても、最も強力なチップから熱を除去する時間がない場合があります。
スイスの研究者たちは試してみることにしました 液体を結晶自体に通過させることによって。 彼らはチップと冷却システムを単一のユニットとして設計し、チップ上の最も高温になる部分の近くにオンチップの流体チャネルを配置しました。 その結果、効率的な熱放散によりパフォーマンスが大幅に向上します。
チップから熱を除去する際の問題の XNUMX つは、通常、熱がチップからチップのパッケージに伝達され、次にパッケージからヒートシンクに伝達され、次に空気 (サーマル ペースト、ベーパー チャンバーなど) に伝達されるということです。 . もプロセスに関与する可能性があります。さらに）。 合計すると、これによりチップから除去できる熱量が制限されます。 これは、現在使用されている液体冷却システムにも当てはまります。 チップを熱伝導性液体の中に直接置くことも可能ですが、液体が電気を伝導したり、電子部品と化学反応を起こしたりすることがあってはなりません。
オンチップ液体冷却の実証はすでにいくつか行われています。 通常、私たちは液体用の一連のチャネルを備えたデバイスが結晶上に融合され、液体自体がその中をポンプで送り出されるシステムについて話します。 これにより、チップから熱を効果的に除去できますが、初期の実装では、チャネル内に大きな圧力がかかり、この方法で水を汲み上げるには、プロセッサから除去される以上に多くのエネルギーが必要であることが判明しました。 これにより、システムのエネルギー効率が低下し、さらにチップに危険な機械的ストレスが生じます。
新しい研究により、オンチップ冷却システムの効率を向上させるためのアイデアが開発されています。 解決策として、三次元冷却システム、つまりコレクタを内蔵したマイクロチャネル (埋め込みマニホールド マイクロチャネル、EMMC) を使用できます。 これらでは、三次元の階層マニホールドは、冷却剤を分配するためのいくつかのポートを備えたチャネルのコンポーネントです。
研究者らは、EMMCをチップ上に直接統合することにより、モノリシック集積マニホールドマイクロチャネル(mMMC)を開発した。 チップのアクティブ領域の直下に隠れたチャネルが構築され、冷却剤が熱源の直下を流れます。 mMMC を作成するには、まず、半導体 (窒化ガリウム (GaN)) でコーティングされたシリコン基板上にチャネル用の狭いスロットをエッチングします。 次に、等方性ガスを使用したエッチングを使用して、シリコン内のギャップを必要なチャネル幅まで広げます。 この後、チャネル上の GaN 層の穴が銅で封止されます。 チップはGaN層で製造できます。 このプロセスでは、コレクターとデバイス間の接続システムは必要ありません。
研究者らは、交流を直流に変換するパワーエレクトロニクスモジュールを実装しました。 これにより、わずか 1,7 W/cm2 のポンピングパワーを使用して、0,57 kW/cm2 を超える熱流を冷却できます。 さらに、このシステムは自己発熱がないため、同様の非冷却デバイスよりもはるかに高い変換効率を示します。
ただし、統合冷却システムを備えた GaN ベースのチップがすぐに登場するとは期待すべきではありません。システムの安定性や温度制限など、多くの基本的な問題がまだ解決されていません。 それでも、これはより明るく冷たい未来に向けた重要な一歩です。
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出所： 3dnews.ru