Când procesoarele desktop au spart pentru prima dată 1 GHz, pentru o vreme părea că nu era încotro. La început, a fost posibilă creșterea frecvenței datorită noilor procese tehnice, dar progresul frecvențelor a încetinit în cele din urmă din cauza cerințelor tot mai mari pentru îndepărtarea căldurii. Chiar și radiatoarele și ventilatoarele masive nu au uneori timp să elimine căldura de la cele mai puternice cipuri.
Cercetătorii din Elveția au decis să încerce prin trecerea lichidului prin cristalul propriu-zis. Ei au proiectat cipul și sistemul de răcire ca o singură unitate, cu canale de fluid pe cip plasate în apropierea celor mai fierbinți părți ale cipului. Rezultatul este o creștere impresionantă a performanței cu disipare eficientă a căldurii.
O parte a problemei cu îndepărtarea căldurii dintr-un cip este că de obicei implică mai multe etape: căldura este transferată de la cip la ambalajul cip, apoi de la ambalaj la radiator și apoi în aer (pastă termică, camere de vapori etc. .poate fi de asemenea implicat în proces În continuare). În total, acest lucru limitează cantitatea de căldură care poate fi îndepărtată din cip. Acest lucru este valabil și pentru sistemele de răcire cu lichid utilizate în prezent. Ar fi posibil să plasați cipul direct într-un lichid termoconductor, dar acesta din urmă nu ar trebui să conducă electricitatea sau să intre în reacții chimice cu componentele electronice.
Au existat deja câteva demonstrații de răcire cu lichid pe cip. De obicei, vorbim despre un sistem în care un dispozitiv cu un set de canale pentru lichid este fuzionat pe un cristal, iar lichidul în sine este pompat prin el. Acest lucru permite eliminarea eficientă a căldurii din cip, dar implementările inițiale au arătat că există multă presiune în canale, iar pomparea apei în acest mod necesită multă energie - mai mult decât este eliminată din procesor. Acest lucru reduce eficiența energetică a sistemului și, în plus, creează stres mecanic periculos asupra cipului.
Noile cercetări dezvoltă idei pentru îmbunătățirea eficienței sistemelor de răcire pe cip. Pentru o soluție, pot fi utilizate sisteme de răcire tridimensionale - microcanale cu un colector încorporat (microcanale de colector încorporat, EMMC). În ele, un colector ierarhic tridimensional este o componentă a unui canal care are mai multe porturi pentru distribuția lichidului de răcire.
Cercetătorii au dezvoltat un microcanal de distribuție integrat monolit (mMMC) prin integrarea EMMC direct pe cip. Canalele ascunse sunt construite chiar sub zonele active ale cipului, iar lichidul de răcire curge direct sub sursele de căldură. Pentru a crea mMMC, mai întâi, fante înguste pentru canale sunt gravate pe un substrat de siliciu acoperit cu un semiconductor - nitrură de galiu (GaN); apoi gravarea cu un gaz izotrop este utilizată pentru a lărgi golurile din siliciu la lățimea dorită a canalului; După aceasta, găurile din stratul GaN peste canale sunt sigilate cu cupru. Cipul poate fi fabricat într-un strat de GaN. Acest proces nu necesită un sistem de conectare între colector și dispozitiv.
Cercetătorii au implementat un modul electronic de putere care convertește curentul alternativ în curent continuu. Cu ajutorul acestuia, fluxurile de căldură de peste 1,7 kW/cm2 pot fi răcite folosind o putere de pompare de numai 0,57 W/cm2. În plus, sistemul prezintă o eficiență de conversie mult mai mare decât un dispozitiv similar nerăcit din cauza lipsei de autoîncălzire.
Cu toate acestea, nu ar trebui să vă așteptați la apariția iminentă a cipurilor bazate pe GaN cu un sistem de răcire integrat - o serie de probleme fundamentale încă trebuie rezolvate, cum ar fi stabilitatea sistemului, limitele de temperatură și așa mai departe. Și totuși, acesta este un pas semnificativ înainte către un viitor mai luminos și mai rece.
Surse:
Sursa: 3dnews.ru