Quando os processadores de desktop quebraram 1 GHz pela primeira vez, por um tempo parecia que não havia para onde ir. No início foi possível aumentar a frequência devido a novos processos técnicos, mas o progresso das frequências acabou por desacelerar devido às crescentes exigências de remoção de calor. Mesmo radiadores e ventiladores enormes às vezes não têm tempo para remover o calor dos chips mais potentes.
Pesquisadores da Suíça decidiram tentar passando o líquido através do próprio cristal. Eles projetaram o chip e o sistema de resfriamento como uma unidade única, com canais de fluido no chip colocados próximos às partes mais quentes do chip. O resultado é um aumento impressionante no desempenho com dissipação de calor eficiente.
Parte do problema com a remoção de calor de um chip é que ela geralmente envolve vários estágios: o calor é transferido do chip para a embalagem do chip, depois da embalagem para o dissipador de calor e depois para o ar (pasta térmica, câmaras de vapor, etc.). . também pode estar envolvido no processo. No total, isso limita a quantidade de calor que pode ser removida do chip. Isto também se aplica aos sistemas de refrigeração líquida atualmente em uso. Seria possível colocar o chip diretamente em um líquido termicamente condutor, mas este não deveria conduzir eletricidade nem entrar em reações químicas com componentes eletrônicos.
Já houve várias demonstrações de refrigeração líquida no chip. Normalmente estamos falando de um sistema em que um dispositivo com um conjunto de canais para líquido é fundido em um cristal, e o próprio líquido é bombeado através dele. Isso permite que o calor seja efetivamente removido do chip, mas as implementações iniciais mostraram que há muita pressão nos canais e bombear água dessa forma requer muita energia – mais do que é removido do processador. Isto reduz a eficiência energética do sistema e, além disso, cria tensões mecânicas perigosas no chip.
Novas pesquisas desenvolvem ideias para melhorar a eficiência dos sistemas de refrigeração no chip. Como solução, podem ser utilizados sistemas de refrigeração tridimensionais - microcanais com coletor embutido (microcanais coletores incorporados, EMMC). Neles, um coletor hierárquico tridimensional é um componente de um canal que possui diversas portas para distribuição de refrigerante.
Os pesquisadores desenvolveram um microcanal múltiplo integrado monoliticamente (mMMC), integrando o EMMC diretamente no chip. Canais ocultos são construídos logo abaixo das áreas ativas do chip e o refrigerante flui diretamente sob as fontes de calor. Para criar mMMC, primeiro, ranhuras estreitas para canais são gravadas em um substrato de silício revestido com um semicondutor – nitreto de gálio (GaN); em seguida, a gravação com um gás isotrópico é usada para ampliar as lacunas no silício até a largura de canal necessária; Depois disso, os furos na camada GaN sobre os canais são selados com cobre. O chip pode ser fabricado em uma camada GaN. Este processo não requer sistema de conexão entre o coletor e o dispositivo.
Os pesquisadores implementaram um módulo eletrônico de potência que converte corrente alternada em corrente contínua. Com a sua ajuda, fluxos de calor superiores a 1,7 kW/cm2 podem ser arrefecidos utilizando uma potência de bombeamento de apenas 0,57 W/cm2. Além disso, o sistema apresenta uma eficiência de conversão muito maior do que um dispositivo similar não resfriado devido à falta de autoaquecimento.
No entanto, não se deve esperar o aparecimento iminente de chips baseados em GaN com sistema de resfriamento integrado - uma série de questões fundamentais ainda precisam ser resolvidas, como estabilidade do sistema, limites de temperatura e assim por diante. E, no entanto, este é um passo significativo em direcção a um futuro mais brilhante e mais frio.
Fontes:
Fonte: 3dnews.ru
