เมื่อโปรเซสเซอร์เดสก์ท็อปทะลุ 1 GHz เป็นครั้งแรก ดูเหมือนว่าจะไม่มีทางไปได้สักระยะหนึ่ง ในตอนแรก เป็นไปได้ที่จะเพิ่มความถี่เนื่องจากกระบวนการทางเทคนิคใหม่ แต่ในที่สุดความก้าวหน้าของความถี่ก็ช้าลงเนื่องจากความต้องการการกำจัดความร้อนที่เพิ่มขึ้น แม้แต่หม้อน้ำและพัดลมขนาดใหญ่บางครั้งก็ไม่มีเวลาระบายความร้อนออกจากชิปที่ทรงพลังที่สุด
นักวิจัยจากสวิตเซอร์แลนด์ตัดสินใจลองใช้ โดยการส่งของเหลวผ่านตัวคริสตัลนั่นเอง พวกเขาออกแบบชิปและระบบระบายความร้อนเป็นหน่วยเดียว โดยวางช่องของเหลวบนชิปไว้ใกล้กับส่วนที่ร้อนที่สุดของชิป ผลลัพธ์ที่ได้คือประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอย่างน่าประทับใจพร้อมการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ
ส่วนหนึ่งของปัญหาในการขจัดความร้อนออกจากชิปคือมักจะเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน: ความร้อนจะถูกถ่ายโอนจากชิปไปยังบรรจุภัณฑ์ชิป จากนั้นจากบรรจุภัณฑ์ไปยังฮีทซิงค์ และต่อไปยังอากาศ (แผ่นระบายความร้อน ห้องไอ ฯลฯ . อาจมีส่วนร่วมในกระบวนการต่อไป) โดยรวมแล้วจะเป็นการจำกัดปริมาณความร้อนที่สามารถดึงออกจากชิปได้ สิ่งนี้ก็เกิดขึ้นกับระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบันเช่นกัน เป็นไปได้ที่จะวางชิปโดยตรงในของเหลวนำความร้อน แต่อย่างหลังไม่ควรนำไฟฟ้าหรือทำปฏิกิริยาทางเคมีกับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์
มีการสาธิตการระบายความร้อนด้วยของเหลวบนชิปหลายครั้งแล้ว โดยปกติแล้วเรากำลังพูดถึงระบบที่อุปกรณ์ที่มีชุดช่องสำหรับของเหลวถูกหลอมรวมเข้ากับคริสตัลและของเหลวนั้นถูกสูบผ่านเข้าไป สิ่งนี้ช่วยให้ระบายความร้อนออกจากชิปได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่การใช้งานเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่ามีแรงกดดันในช่องและการสูบน้ำในลักษณะนี้ต้องใช้พลังงานจำนวนมาก - มากกว่าที่ถูกเอาออกจากโปรเซสเซอร์ ซึ่งจะลดประสิทธิภาพการใช้พลังงานของระบบ และยังทำให้เกิดความเครียดทางกลที่เป็นอันตรายบนชิปอีกด้วย
การวิจัยใหม่พัฒนาแนวคิดในการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบระบายความร้อนบนชิป สำหรับโซลูชัน สามารถใช้ระบบทำความเย็นสามมิติ - ไมโครแชนเนลที่มีตัวสะสมในตัว (ไมโครแชนเนลหลายช่องแบบฝัง EMMC) ในนั้นท่อร่วมแบบลำดับชั้นสามมิติเป็นส่วนประกอบของช่องที่มีหลายพอร์ตสำหรับการกระจายสารหล่อเย็น
นักวิจัยได้พัฒนา microchannel manifold microchannel (mMMC) แบบรวมเสาหินโดยการรวม EMMC เข้ากับชิปโดยตรง ช่องที่ซ่อนอยู่ถูกสร้างขึ้นใต้พื้นที่ทำงานของชิป และน้ำหล่อเย็นจะไหลไปใต้แหล่งความร้อนโดยตรง ในการสร้าง mMMC ขั้นแรก ช่องแคบสำหรับช่องจะถูกสลักไว้บนพื้นผิวซิลิกอนที่เคลือบด้วยเซมิคอนดักเตอร์—แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) จากนั้นใช้การแกะสลักด้วยก๊าซไอโซโทรปิกเพื่อขยายช่องว่างในซิลิคอนให้กว้างตามความกว้างของช่องที่ต้องการ หลังจากนั้นรูในชั้น GaN เหนือช่องจะถูกปิดผนึกด้วยทองแดง ชิปสามารถผลิตได้ในชั้น GaN กระบวนการนี้ไม่จำเป็นต้องมีระบบการเชื่อมต่อระหว่างตัวรวบรวมและอุปกรณ์
นักวิจัยได้ติดตั้งโมดูลอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่จะแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง ด้วยความช่วยเหลือนี้ กระแสความร้อนที่มากกว่า 1,7 kW/cm2 จึงสามารถระบายความร้อนได้โดยใช้กำลังปั๊มเพียง 0,57 W/cm2 นอกจากนี้ ระบบยังแสดงประสิทธิภาพการแปลงที่สูงกว่าอุปกรณ์ที่ไม่ได้ระบายความร้อนที่คล้ายกันมาก เนื่องจากขาดการทำความร้อนในตัวเอง
อย่างไรก็ตาม คุณไม่ควรคาดหวังว่าชิปที่ใช้ GaN จะมีรูปลักษณ์ที่ใกล้จะเกิดขึ้นพร้อมกับระบบระบายความร้อนในตัว เนื่องจากปัญหาพื้นฐานหลายประการยังคงต้องได้รับการแก้ไข เช่น ความเสถียรของระบบ ขีดจำกัดอุณหภูมิ และอื่นๆ แต่นี่เป็นก้าวสำคัญสู่อนาคตที่สดใสและหนาวเย็นยิ่งขึ้น
แหล่งที่มา:
ที่มา: 3dnews.ru