Khi bộ xử lý máy tính để bàn lần đầu tiên đạt tốc độ 1 GHz, trong một thời gian, dường như không còn nơi nào để đi. Lúc đầu, có thể tăng tần số do các quy trình kỹ thuật mới, nhưng tiến độ của tần số cuối cùng bị chậm lại do yêu cầu loại bỏ nhiệt ngày càng tăng. Ngay cả những bộ tản nhiệt và quạt khổng lồ đôi khi cũng không có thời gian để tản nhiệt khỏi những con chip mạnh nhất.
Các nhà nghiên cứu từ Thụy Sĩ đã quyết định thử bằng cách truyền chất lỏng qua chính tinh thể. Họ thiết kế con chip và hệ thống làm mát thành một khối thống nhất, với các kênh chất lỏng trên chip được đặt gần những phần nóng nhất của con chip. Kết quả là hiệu suất tăng ấn tượng với khả năng tản nhiệt hiệu quả.
Một phần của vấn đề trong việc loại bỏ nhiệt khỏi chip là nó thường bao gồm nhiều giai đoạn: nhiệt được truyền từ chip sang bao bì chip, sau đó từ bao bì đến tản nhiệt và sau đó truyền ra không khí (dán nhiệt, buồng hơi, v.v. ... cũng có thể tham gia vào quá trình Xa hơn). Nhìn chung, điều này hạn chế lượng nhiệt có thể thoát ra khỏi chip. Điều này cũng đúng với các hệ thống làm mát bằng chất lỏng hiện đang được sử dụng. Có thể đặt chip trực tiếp vào chất lỏng dẫn nhiệt, nhưng chất lỏng này không được phép dẫn điện hoặc tham gia vào các phản ứng hóa học với các linh kiện điện tử.
Đã có một số minh chứng về khả năng làm mát bằng chất lỏng trên chip. Thông thường chúng ta đang nói về một hệ thống trong đó một thiết bị có bộ kênh dẫn chất lỏng được kết hợp vào một tinh thể và chất lỏng được bơm qua nó. Điều này cho phép loại bỏ nhiệt khỏi chip một cách hiệu quả, nhưng những triển khai ban đầu cho thấy có rất nhiều áp suất trong các kênh và việc bơm nước theo cách này đòi hỏi nhiều năng lượng - nhiều hơn lượng năng lượng được loại bỏ khỏi bộ xử lý. Điều này làm giảm hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống và ngoài ra còn tạo ra ứng suất cơ học nguy hiểm cho chip.
Nghiên cứu mới phát triển các ý tưởng nhằm nâng cao hiệu quả của hệ thống làm mát trên chip. Đối với giải pháp, có thể sử dụng hệ thống làm mát ba chiều - vi kênh có bộ thu tích hợp (vi kênh đa tạp nhúng, EMMC). Trong đó, đa tạp phân cấp ba chiều là một thành phần của kênh có một số cổng để phân phối chất làm mát.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một vi kênh đa dạng tích hợp nguyên khối (mMMC) bằng cách tích hợp EMMC trực tiếp vào chip. Các kênh ẩn được xây dựng ngay dưới vùng hoạt động của chip và chất làm mát chảy trực tiếp dưới nguồn nhiệt. Để tạo mMMC, trước tiên, các khe hẹp cho các kênh được khắc trên đế silicon phủ một chất bán dẫn—gallium nitride (GaN); sau đó khắc bằng khí đẳng hướng được sử dụng để mở rộng các khoảng trống trong silicon đến chiều rộng kênh cần thiết; Sau đó, các lỗ trên lớp GaN trên các kênh được bịt kín bằng đồng. Con chip này có thể được sản xuất theo lớp GaN. Quá trình này không yêu cầu hệ thống kết nối giữa bộ thu và thiết bị.
Các nhà nghiên cứu đã triển khai một mô-đun điện tử công suất có thể chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Với sự trợ giúp của nó, dòng nhiệt lớn hơn 1,7 kW/cm2 có thể được làm mát bằng cách sử dụng công suất bơm chỉ 0,57 W/cm2. Ngoài ra, hệ thống còn thể hiện hiệu suất chuyển đổi cao hơn nhiều so với thiết bị không được làm mát tương tự do không có khả năng tự sưởi ấm.
Tuy nhiên, bạn không nên mong đợi sự xuất hiện sắp xảy ra của chip dựa trên GaN với hệ thống làm mát tích hợp - một số vấn đề cơ bản vẫn cần được giải quyết, chẳng hạn như độ ổn định của hệ thống, giới hạn nhiệt độ, v.v. Chưa hết, đây là một bước tiến đáng kể hướng tới một tương lai tươi sáng và lạnh giá hơn.
Nguồn:
Nguồn: 3dnews.ru