Тепловое решение для жидкостного охлаждения чипа

Увеличение плотности транзисторов снижает энергопотребление чипа, но высокая плотность транзисторов сделает тепло более концентрированным, и нельзя игнорировать проблему отвода тепла. Тепловыделение высокопроизводительных чипов всегда беспокоило всех, в том числе и предприятия. В дополнение к традиционной комбинации воздушного охлаждения и кондиционирования воздуха, жидкостное охлаждение также является очень эффективным выбором. Однако кондиционирование воздуха и охлаждение воздуха приведут к огромному потреблению энергии. Microsoft решила поместить сервер центра обработки данных в море, чтобы повысить эффективность рассеивания тепла.

Сложность установки жидкостного охлаждения на чип заключается в том, чтобы интегрировать жидкостный канал непосредственно в конструкцию чипа. Исследователи считают, что будущее решение состоит в том, чтобы позволить воде течь между сэндвич-контурами. Хотя это звучит просто, на практике это очень сложно. В настоящее время погружение в непроводящую жидкость для отвода тепла очень полезно для чипов, использующих технологию штабелирования, но использование этой технологии в традиционных чипах станет очень дорогим и трудным для массового производства.

TSMC предложила три разных кремниевых канала и провела соответствующие тесты моделирования. В первом методе прямого водяного охлаждения вода будет иметь собственный канал циркуляции и будет непосредственно втравливаться в чип; Во-вторых, водяной канал выгравирован на кремниевом слое в верхней части чипа, а слой материала теплового интерфейса (TIM) из вола (плавление оксида кремния) используется для передачи тепла от чипа к слою водяного охлаждения; Последний заключается в замене слоя материала термоинтерфейса простым и дешевым жидким металлом. С точки зрения эффекта первый метод является лучшим, а второй - вторым.

Жидкостное охлаждение чипа является важным направлением для решения проблемы рассеивания тепла в полупроводниках в будущем. Ведь транзисторы с более высокой плотностью и технология 3D упаковки в будущем сделают тепло чипа из плоского в трехмерное, что не только сделает тепло более концентрированным, но и многослойная укладка затруднит передачу тепла. Перед лицом все более концентрированных проблем с отводом тепла схема водяного охлаждения и отвода тепла может быть хорошим способом решить проблему перегрева чипа.