Истражувачите изградиле течно ладење во полупроводнички кристал

Кога десктоп процесорите првпат прекинаа 1 GHz, некое време изгледаше како да нема каде да се оди. Отпрвин, беше можно да се зголеми фреквенцијата поради новите технички процеси, но напредокот на фреквенциите на крајот забави поради зголемените барања за отстранување на топлина. Дури и масивните радијатори и вентилатори понекогаш немаат време да ја отстранат топлината од најмоќните чипови.

Истражувачите од Швајцарија решија да се обидат нов начин за отстранување на топлината со поминување на течност низ самиот кристал. Тие го дизајнираа чипот и системот за ладење како единствена единица, со флуидни канали на чипот поставени во близина на најжешките делови на чипот. Резултатот е импресивно зголемување на перформансите со ефикасна дисипација на топлина.

Дел од проблемот со отстранувањето на топлината од чипот е тоа што обично вклучува неколку фази: топлината се пренесува од чипот до пакувањето на чипот, потоа од пакувањето до ладилникот, а потоа до воздухот (термичка паста, парни комори итн. исто така може да бидат вклучени во процесот Понатаму). Севкупно, ова ја ограничува количината на топлина што може да се отстрани од чипот. Ова важи и за системите за течно ладење што се користат во моментов. Би можело да се стави чипот директно во термички спроводлива течност, но таа не треба да спроведува струја или да влегува во хемиски реакции со електронските компоненти.

Веќе имаше неколку демонстрации на течно ладење на чипот. Обично зборуваме за систем во кој уред со множество канали за течност се спојува на кристал, а самата течност се пумпа низ него. Ова овозможува ефикасно отстранување на топлината од чипот, но првичните имплементации покажаа дека има голем притисок во каналите и пумпањето вода на овој начин бара многу енергија - повеќе отколку што се отстранува од процесорот. Ова ја намалува енергетската ефикасност на системот и дополнително создава опасен механички стрес на чипот.

Новото истражување развива идеи за подобрување на ефикасноста на системите за ладење на чип. За решение, може да се користат тридимензионални системи за ладење - микроканали со вграден колектор (вградени микроканали на колектор, EMMC). Во нив, тридимензионален хиерархиски колектор е компонента на канал кој има неколку порти за дистрибуција на течноста за ладење.

Истражувачите развија монолитно интегриран разновиден микроканал (mMMC) со интегрирање на EMMC директно на чипот. Скриените канали се изградени веднаш под активните области на чипот, а течноста за ладење тече директно под изворите на топлина. За да се создаде mMMC, прво, тесни отвори за канали се врежани на силиконска подлога обложена со полупроводник - галиум нитрид (GaN); тогаш офорт со изотропен гас се користи за проширување на празнините во силиконот до потребната ширина на каналот; По ова, дупките во слојот GaN над каналите се запечатени со бакар. Чипот може да се произведува во слој GaN. Овој процес не бара систем за поврзување помеѓу колекторот и уредот.

Истражувачите имплементираа електронски модул за напојување кој ја претвора наизменичната струја во еднонасочна струја. Со негова помош, топлинските текови од повеќе од 1,7 kW/cm2 може да се оладат со моќност на пумпање од само 0,57 W/cm2. Дополнително, системот покажува многу поголема ефикасност на конверзија од сличен неладен уред поради недостаток на самозагревање.

Сепак, не треба да очекувате скорешно појавување на чипови базирани на GaN со интегриран систем за ладење - уште треба да се решат бројни фундаментални прашања, како што се стабилноста на системот, температурните ограничувања итн. А сепак, ова е значаен чекор напред кон посветла и постудена иднина.

Извори:

• arstechnica.com
• природата

Извор: 3dnews.ru