Ko so namizni procesorji prvič presegli 1 GHz, se je nekaj časa zdelo, da ni več kam iti. Sprva je bilo mogoče povečati frekvenco zaradi novih tehničnih postopkov, vendar se je napredek frekvenc sčasoma upočasnil zaradi naraščajočih zahtev po odvajanju toplote. Celo masivni radiatorji in ventilatorji včasih nimajo časa za odvajanje toplote iz najmočnejših čipov.
Raziskovalci iz Švice so se odločili poskusiti s prehajanjem tekočine skozi sam kristal. Zasnovali so čip in hladilni sistem kot eno samo enoto s kanali za tekočino na čipu, nameščenimi blizu najbolj vročih delov čipa. Rezultat je impresivno povečanje zmogljivosti z učinkovitim odvajanjem toplote.
Del težave pri odvajanju toplote s čipa je, da običajno vključuje več stopenj: toplota se prenese s čipa na embalažo čipa, nato z embalaže na hladilnik in nato na zrak (termalna pasta, parne komore itd.). .je lahko vključen tudi v postopek Nadalje). Skupno to omejuje količino toplote, ki jo je mogoče odstraniti iz čipa. To velja tudi za tekoče hladilne sisteme, ki so trenutno v uporabi. Čip bi bilo mogoče postaviti neposredno v toplotno prevodno tekočino, vendar ta ne bi smela prevajati elektrike ali vstopati v kemične reakcije z elektronskimi komponentami.
Bilo je že več predstavitev tekočinskega hlajenja na čipu. Običajno govorimo o sistemu, v katerem je naprava z nizom kanalov za tekočino zlita na kristal, sama tekočina pa se črpa skozenj. To omogoča učinkovito odvajanje toplote iz čipa, vendar so prve izvedbe pokazale, da je v kanalih velik pritisk in črpanje vode na ta način zahteva veliko energije – več, kot je odvzame procesorju. To zmanjša energijsko učinkovitost sistema in poleg tega povzroči nevarno mehansko obremenitev čipa.
Nove raziskave razvijajo ideje za izboljšanje učinkovitosti hladilnih sistemov na čipu. Za rešitev se lahko uporabijo tridimenzionalni hladilni sistemi - mikrokanali z vgrajenim kolektorjem (embedded manifold microchannels, EMMC). V njih je tridimenzionalni hierarhični razdelilnik sestavni del kanala, ki ima več vrat za distribucijo hladilne tekočine.
Raziskovalci so razvili monolitno integriran razdelilni mikrokanal (mMMC) z integracijo EMMC neposredno na čip. Skriti kanali so zgrajeni tik pod aktivnimi območji čipa, hladilno sredstvo pa teče neposredno pod viri toplote. Za ustvarjanje mMMC so najprej ozke reže za kanale vgravirane na silicijevem substratu, prevlečenem s polprevodnikom – galijevim nitridom (GaN); nato se uporabi jedkanje z izotropnim plinom za razširitev rež v siliciju na zahtevano širino kanala; Po tem se luknje v plasti GaN nad kanali zaprejo z bakrom. Čip je mogoče izdelati v plasti GaN. Ta postopek ne zahteva povezovalnega sistema med zbiralnikom in napravo.
Raziskovalci so implementirali močnostni elektronski modul, ki pretvarja izmenični tok v enosmerni tok. Z njegovo pomočjo je mogoče hladiti toplotne tokove, večje od 1,7 kW/cm2, z močjo črpanja le 0,57 W/cm2. Poleg tega ima sistem veliko večjo učinkovitost pretvorbe kot podobna nehlajena naprava zaradi pomanjkanja samogrevanja.
Vendar pa ne smete pričakovati skorajšnjega pojava čipov na osnovi GaN z integriranim hladilnim sistemom - še vedno je treba rešiti številna temeljna vprašanja, kot so stabilnost sistema, temperaturne omejitve itd. Pa vendar je to pomemben korak naprej k svetlejši in hladnejši prihodnosti.
Vir:
Vir: 3dnews.ru