當桌面處理器首次突破 1 GHz 時，有一段時間似乎無處可去。 起初，由於新的技術工藝，頻率的提高是可能的，但由於散熱要求的不斷提高，頻率的進步最終放緩了。 即使是大型散熱器和風扇有時也沒有時間從最強大的晶片中散熱。
瑞士的研究人員決定嘗試一下 讓液體穿過晶體本身。 他們將晶片和冷卻系統設計為一個整體，片上流體通道放置在晶片最熱的部分附近。 其結果是性能顯著提高並具有高效的散熱效果。
晶片散熱的部分問題在於，它通常涉及幾個階段：熱量從晶片傳遞到晶片封裝，然後從封裝傳遞到散熱器，然後傳遞到空氣（導熱膏、均熱板等） .也可能參與該過程進一步）。 總的來說，這限制了可以從晶片中散發的熱量。 對於目前使用的液體冷卻系統也是如此。 晶片可以直接放置在導熱液體中，但後者不應導電或與電子元件發生化學反應。
片上液體冷卻已經進行了多次演示。 通常我們談論的是一個系統，其中具有一組液體通道的裝置被熔合到晶體上，並且液體本身被泵送通過它。 這使得熱量能夠有效地從晶片中去除，但最初的實施表明，通道中存在很大的壓力，並且以這種方式抽水需要大量的能量——比從處理器中去除的能量還要多。 這會降低系統的能源效率，並且還會在晶片上產生危險的機械應力。
新的研究提出了提高片上冷卻系統效率的想法。 對於解決方案，可以使用三維冷卻系統 - 具有內建收集器的微通道（嵌入式歧管微通道，EMMC）。 其中，三維分層歧管是通道的一個組成部分，該通道具有多個用於分配冷卻劑的端口。
研究人員透過將 EMMC 直接整合到晶片上，開發了單晶片整合歧管微通道 (mMMC)。 隱藏通道建在晶片活動區域的正下方，冷卻劑直接在熱源下方流動。 為了製造 mMMC，首先，在塗有半導體氮化鎵 (GaN) 的矽基板上蝕刻通道窄槽； 然後用各向同性氣體進行刻蝕，將矽片上的間隙加寬至所需的通道寬度； 此後，溝道上方的 GaN 層中的孔用銅密封。 該晶片可以在GaN層中製造。 此過程不需要收集器和設備之間的連接系統。
研究人員實現了一種將交流電轉換為直流電的電力電子模組。 借助它，只需 1,7 W/cm2 的泵浦功率即可冷卻超過 0,57 kW/cm2 的熱流。 此外，由於缺乏自熱，該系統比類似的非冷卻設備表現出更高的轉換效率。
然而，您不應指望具有整合冷卻系統的基於 GaN 的晶片即將出現——許多基本問題仍需要解決，例如係統穩定性、溫度限制等。 然而，這是邁向更光明、更寒冷的未來的重要一步。
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來源： 3dnews.ru