연구원들은 반도체 결정 내부에 액체 냉각 장치를 구축했습니다.

데스크탑 프로세서가 처음으로 1GHz를 돌파했을 때 한동안 갈 곳이 없는 것처럼 보였습니다. 처음에는 새로운 기술 프로세스로 인해 주파수 증가가 가능했지만, 열 제거에 대한 요구 사항이 증가함에 따라 결국 주파수 진행이 느려졌습니다. 거대한 라디에이터와 팬조차도 때때로 가장 강력한 칩에서 열을 제거할 시간이 없습니다.

스위스의 연구원들은 시도하기로 결정했습니다. 열을 제거하는 새로운 방법 결정 자체를 통해 액체를 통과시킴으로써. 그들은 칩의 가장 뜨거운 부분 근처에 온칩 유체 채널을 배치하여 칩과 냉각 시스템을 단일 장치로 설계했습니다. 그 결과 효율적인 열 방출로 성능이 눈에 띄게 향상되었습니다.

칩에서 열을 제거할 때 발생하는 문제 중 하나는 일반적으로 열이 칩에서 칩 포장으로 전달된 다음 포장에서 방열판으로 전달된 다음 공기(열 페이스트, 증기 챔버 등)로 전달되는 여러 단계가 포함된다는 것입니다. .도 프로세스에 포함될 수 있습니다. 전체적으로 이는 칩에서 제거할 수 있는 열의 양을 제한합니다. 이는 현재 사용 중인 액체 냉각 시스템에도 적용됩니다. 열 전도성 액체에 칩을 직접 넣는 것이 가능하지만 후자는 전기를 전도하거나 전자 부품과 화학 반응을 일으키면 안 됩니다.

온칩 액체 냉각에 대한 시연은 이미 여러 차례 있었습니다. 일반적으로 우리는 액체 채널 세트가 있는 장치가 결정에 융합되고 액체 자체가 이를 통해 펌핑되는 시스템에 대해 이야기하고 있습니다. 이를 통해 칩에서 열을 효과적으로 제거할 수 있지만 초기 구현에서는 채널에 많은 압력이 있고 이러한 방식으로 물을 펌핑하려면 프로세서에서 제거되는 것보다 더 많은 에너지가 필요하다는 것이 나타났습니다. 이로 인해 시스템의 에너지 효율성이 감소하고 칩에 위험한 기계적 응력이 발생합니다.

새로운 연구에서는 온칩 냉각 시스템의 효율성을 향상시키기 위한 아이디어를 개발합니다. 솔루션을 위해 XNUMX차원 냉각 시스템, 즉 수집기가 내장된 마이크로채널(내장형 매니폴드 마이크로채널, EMMC)을 사용할 수 있습니다. 여기서 XNUMX차원 계층적 매니폴드는 냉각수 분배를 위한 여러 포트가 있는 채널의 구성 요소입니다.

연구진은 EMMC를 칩에 직접 통합하여 단일체 통합 매니폴드 마이크로채널(mMMC)을 개발했습니다. 숨겨진 채널은 칩의 활성 영역 바로 아래에 구축되며 냉각수는 열원 바로 아래로 흐릅니다. mMMC를 생성하려면 먼저 질화갈륨(GaN) 반도체로 코팅된 실리콘 기판에 채널용 좁은 슬롯을 에칭합니다. 그런 다음 등방성 가스를 사용한 에칭을 사용하여 실리콘의 간격을 필요한 채널 폭으로 넓힙니다. 그 후, 채널 위의 GaN 층에 있는 구멍은 구리로 밀봉됩니다. 칩은 GaN 층으로 제조될 수 있습니다. 이 프로세스에는 수집기와 장치 간의 연결 시스템이 필요하지 않습니다.

연구진은 교류를 직류로 변환하는 전력 전자 모듈을 구현했습니다. 이를 통해 단 1,7W/cm2의 펌핑 전력을 사용하여 0,57kW/cm2 이상의 열 흐름을 냉각할 수 있습니다. 또한 이 시스템은 자체 발열이 없기 때문에 유사한 비냉각식 장치보다 훨씬 더 높은 변환 효율을 나타냅니다.

그러나 통합 냉각 시스템을 갖춘 GaN 기반 칩의 출현이 임박할 것이라고 기 대해서는 안됩니다. 시스템 안정성, 온도 제한 등과 같은 여러 가지 근본적인 문제는 여전히 해결되어야 합니다. 그러나 이는 더 밝고 추운 미래를 향한 중요한 진전입니다.

출처 :

• arstechnica.com
• 자연

출처 : 3dnews.ru