当桌面处理器首次突破 1 GHz 时，有一段时间似乎无处可去。 起初，由于新的技术工艺，频率的提高是可能的，但由于散热要求的不断提高，频率的进步最终放缓了。 即使是大型散热器和风扇有时也没有时间从最强大的芯片中散热。
瑞士的研究人员决定尝试一下 让液体穿过晶体本身。 他们将芯片和冷却系统设计为一个整体，片上流体通道放置在芯片最热的部分附近。 其结果是性能显着提高并具有高效的散热效果。
芯片散热的部分问题在于，它通常涉及几个阶段：热量从芯片传递到芯片封装，然后从封装传递到散热器，然后传递到空气（导热膏、均热板等） .也可能参与该过程进一步）。 总的来说，这限制了可以从芯片中散发的热量。 对于目前使用的液体冷却系统也是如此。 可以将芯片直接放置在导热液体中，但后者不应导电或与电子元件发生化学反应。
片上液体冷却已经进行了多次演示。 通常我们谈论的是一个系统，其中具有一组液体通道的装置被熔合到晶体上，并且液体本身被泵送通过它。 这使得热量能够有效地从芯片中去除，但最初的实施表明，通道中存在很大的压力，并且以这种方式抽水需要大量的能量——比从处理器中去除的能量还要多。 这会降低系统的能源效率，并且还会在芯片上产生危险的机械应力。
新的研究提出了提高片上冷却系统效率的想法。 对于解决方案，可以使用三维冷却系统 - 带有内置收集器的微通道（嵌入式歧管微通道，EMMC）。 其中，三维分层歧管是通道的一个组成部分，该通道具有多个用于分配冷却剂的端口。
研究人员通过将 EMMC 直接集成到芯片上，开发了单片集成歧管微通道 (mMMC)。 隐藏通道建在芯片活动区域的正下方，冷却剂直接在热源下方流动。 为了制造 mMMC，首先，在涂有半导体氮化镓 (GaN) 的硅基板上蚀刻通道窄槽； 然后用各向同性气体进行刻蚀，将硅片上的间隙加宽至所需的沟道宽度； 此后，沟道上方的 GaN 层中的孔用铜密封。 该芯片可以在GaN层中制造。 此过程不需要收集器和设备之间的连接系统。
研究人员实现了一种将交流电转换为直流电的电力电子模块。 借助它，只需 1,7 W/cm2 的泵浦功率即可冷却超过 0,57 kW/cm2 的热流。 此外，由于缺乏自热，该系统比类似的非冷却设备表现出更高的转换效率。
然而，您不应指望带有集成冷却系统的基于 GaN 的芯片即将出现——许多基本问题仍需要解决，例如系统稳定性、温度限制等。 然而，这是迈向更光明、更寒冷的未来的重要一步。
来源：
来源： 3dnews.ru