Kai stalinių kompiuterių procesoriai pirmą kartą sugedo 1 GHz dažniu, kurį laiką atrodė, kad nėra kur dėtis. Iš pradžių dažnį buvo galima padidinti dėl naujų techninių procesų, tačiau dažnių progresas ilgainiui sulėtėjo dėl augančių šilumos pašalinimo reikalavimų. Net masyvūs radiatoriai ir ventiliatoriai kartais nespėja pašalinti šilumos iš galingiausių lustų.
Tyrėjai iš Šveicarijos nusprendė pabandyti praleidžiant skystį per patį kristalą. Jie suprojektavo lustą ir aušinimo sistemą kaip vieną vienetą su lusto skysčio kanalais, esančiais šalia karščiausių lusto dalių. Rezultatas – įspūdingas našumo padidėjimas ir efektyvus šilumos išsklaidymas.
Dalis problemos, susijusios su šilumos pašalinimu iš lusto, yra ta, kad paprastai tai apima kelis etapus: šiluma perduodama iš lusto į lusto pakuotę, tada iš pakuotės į radiatorių, o tada į orą (terminę pasta, garų kameras ir kt. . taip pat gali dalyvauti procese Toliau). Iš viso tai riboja šilumos kiekį, kurį galima pašalinti iš lusto. Tai pasakytina ir apie šiuo metu naudojamas skysto aušinimo sistemas. Mikroschemą būtų galima dėti tiesiai į šilumai laidžių skystį, tačiau pastarasis neturėtų laiduoti elektros energijos ir nedalyvauti cheminėse reakcijose su elektroniniais komponentais.
Jau buvo keletą kartų demonstruojamas skysčių aušinimas ant lusto. Paprastai mes kalbame apie sistemą, kurioje prietaisas su skysčio kanalų rinkiniu yra sulydomas ant kristalo, o pats skystis pumpuojamas per jį. Tai leidžia efektyviai pašalinti šilumą iš lusto, tačiau pradiniai diegimai parodė, kad kanaluose yra didelis slėgis ir tokiu būdu siurbiant vandenį reikia daug energijos – daugiau nei pašalinama iš procesoriaus. Tai sumažina sistemos energijos vartojimo efektyvumą ir, be to, sukuria pavojingą mechaninį lustą.
Nauji tyrimai plėtoja idėjas, kaip pagerinti lustinių aušinimo sistemų efektyvumą. Sprendimui gali būti naudojamos trimatės aušinimo sistemos – mikrokanalai su įmontuotu kolektoriumi (įterptieji kolektoriaus mikrokanalai, EMMC). Juose trimatis hierarchinis kolektorius yra kanalo, turinčio keletą aušinimo skysčio paskirstymo prievadų, komponentas.
Tyrėjai sukūrė monolitiškai integruotą kolektoriaus mikrokanalą (mMMC), integruodami EMMC tiesiai į lustą. Paslėpti kanalai yra pastatyti tiesiai po aktyviomis lusto sritimis, o aušinimo skystis teka tiesiai po šilumos šaltiniais. Norint sukurti mMMC, pirmiausia siauri kanalų plyšiai išgraviruojami ant silicio pagrindo, padengto puslaidininkiu – galio nitridu (GaN); tada naudojamas ėsdinimas izotropinėmis dujomis, siekiant išplėsti tarpelius silicyje iki reikiamo kanalo pločio; Po to GaN sluoksnio skylės virš kanalų užsandarinamos variu. Lustas gali būti gaminamas GaN sluoksniu. Šiam procesui nereikia prijungimo sistemos tarp kolektoriaus ir įrenginio.
Tyrėjai įdiegė galios elektroninį modulį, kuris kintamąją srovę paverčia nuolatine srove. Jos pagalba galima aušinti didesnius nei 1,7 kW/cm2 šilumos srautus, naudojant tik 0,57 W/cm2 siurbimo galią. Be to, sistema pasižymi daug didesniu konversijos efektyvumu nei panašus neaušinamas įrenginys, nes nėra savaiminio įkaitimo.
Tačiau nereikėtų tikėtis, kad netrukus pasirodys GaN pagrindu pagaminti lustai su integruota aušinimo sistema – dar reikia išspręsti nemažai esminių klausimų, tokių kaip sistemos stabilumas, temperatūros ribos ir pan. Ir vis dėlto tai reikšmingas žingsnis į priekį šviesesnės ir šaltesnės ateities link.
Šaltiniai:
Šaltinis: 3dnews.ru