NĂ€r stationĂ€ra processorer först bröt 1 GHz verkade det ett tag som om det inte fanns nĂ„gonstans att ta vĂ€gen. Till en början var det möjligt att öka frekvensen pĂ„ grund av nya tekniska processer, men frekvensernas framsteg avtog sĂ„ smĂ„ningom pĂ„ grund av vĂ€xande krav pĂ„ vĂ€rmeavledning. Ăven massiva radiatorer och flĂ€ktar har ibland inte tid att ta bort vĂ€rme frĂ„n de mest kraftfulla chipsen.
Forskare frÄn Schweiz bestÀmde sig för att försöka genom att leda vÀtska genom sjÀlva kristallen. De designade chipet och kylsystemet som en enda enhet, med vÀtskekanaler pÄ chipet placerade nÀra de hetaste delarna av chipet. Resultatet Àr en imponerande ökning av prestanda med effektiv vÀrmeavledning.
En del av problemet med att ta bort vÀrme frÄn ett chip Àr att det vanligtvis omfattar flera steg: vÀrme överförs frÄn chipet till chipförpackningen, sedan frÄn förpackningen till kylflÀnsen och sedan till luften (termisk pasta, Ängkammare, etc.) kan ocksÄ vara involverad i processen ytterligare). Totalt sett begrÀnsar detta mÀngden vÀrme som kan avlÀgsnas frÄn chipet. Detta gÀller Àven för vÀtskekylningssystem som för nÀrvarande anvÀnds. Det skulle vara möjligt att placera chipet direkt i en vÀrmeledande vÀtska, men den senare ska inte leda elektricitet eller gÄ in i kemiska reaktioner med elektroniska komponenter.
Det har redan förekommit flera demonstrationer av vĂ€tskekylning pĂ„ chip. Vanligtvis talar vi om ett system dĂ€r en enhet med en uppsĂ€ttning kanaler för vĂ€tska smĂ€lts samman pĂ„ en kristall och sjĂ€lva vĂ€tskan pumpas genom den. Detta gör att vĂ€rme effektivt kan avlĂ€gsnas frĂ„n chippet, men initiala implementeringar visade att det Ă€r mycket tryck i kanalerna och att pumpa vatten pĂ„ detta sĂ€tt krĂ€ver mycket energi â mer Ă€n vad som tas bort frĂ„n processorn. Detta minskar energieffektiviteten i systemet och skapar dessutom farlig mekanisk pĂ„frestning pĂ„ chipet.
Ny forskning utvecklar idéer för att förbÀttra effektiviteten hos on-chip kylsystem. För en lösning kan tredimensionella kylsystem anvÀndas - mikrokanaler med inbyggd kollektor (embedded manifold microchannels, EMMC). I dem Àr ett tredimensionellt hierarkiskt grenrör en komponent i en kanal som har flera portar för distribution av kylvÀtska.
Forskarna utvecklade en monolitiskt integrerad grenrörsmikrokanal (mMMC) genom att integrera EMMC direkt pÄ chipet. Dolda kanaler byggs precis under chipets aktiva omrÄden, och kylvÀtskan strömmar direkt under vÀrmekÀllorna. För att skapa mMMC etsas först smala spÄr för kanaler pÄ ett kiselsubstrat belagt med en halvledare - galliumnitrid (GaN); sedan anvÀnds etsning med en isotrop gas för att vidga mellanrummen i kislet till den erforderliga kanalbredden; Efter detta tÀtas hÄlen i GaN-skiktet över kanalerna med koppar. Chipet kan tillverkas i ett GaN-lager. Denna process krÀver inget anslutningssystem mellan kollektorn och enheten.
Forskarna har implementerat en kraftelektronikmodul som omvandlar vÀxelström till likström. Med dess hjÀlp kan vÀrmeflöden pÄ mer Àn 1,7 kW/cm2 kylas med en pumpeffekt pÄ endast 0,57 W/cm2. Dessutom uppvisar systemet mycket högre konverteringseffektivitet Àn en liknande okyld enhet pÄ grund av bristen pÄ sjÀlvuppvÀrmning.
Du bör dock inte förvÀnta dig det förestÄende utseendet av GaN-baserade chips med ett integrerat kylsystem - ett antal grundlÀggande frÄgor mÄste fortfarande lösas, sÄsom systemstabilitet, temperaturgrÀnser och sÄ vidare. Och ÀndÄ Àr detta ett viktigt steg framÄt mot en ljusare och kallare framtid.
KĂ€llor:
KĂ€lla: 3dnews.ru
