Инновации в технологии охлаждения — оптимальное решение для высокопроизводительной разработки электронных устройств.
По мере того, как чипы стремятся к высокой плотности, высокой степени интеграции и высокой вычислительной мощности, их мощность и удельная мощность постоянно растут, а «высокая тепловая плотность» стала основным узким местом в развитии мощных полупроводниковых технологий. Учитывая постоянный рост энергопотребления чипов, технологии жидкостного охлаждения уделяется все больше внимания. Однако из-за высокой стоимости и сложности решений нынешняя технология панелей с водяным охлаждением все еще находится на некотором расстоянии от идеального решения по рассеиванию тепла в отрасли.
Теоретически, чем ниже температура чипа, тем дольше его срок службы и тем стабильнее его работа. Но для достижения более низких температур чипов затраты на охлаждение, которые приходится платить отрасли, слишком высоки, а точка баланса между повышением производительности и учетом затрат еще не достигнута. В связи с этим отрасль может применять различные комбинации технологий или сотрудничать в разработке сопутствующих продуктов для различных материалов, технологий и сценариев рассеивания тепла, чтобы найти оптимальные решения в текущих приемлемых по стоимости условиях.
Когда потребляемая мощность достигает десятков или сотен ватт, необходимо использовать тепловую трубку для отвода тепла от чипа. После того, как тепло распространяется на более крупные ребра рассеивания тепла, для его обдува используется вентилятор, который включает в себя сочетание технологии поглощения тепла с фазовым переходом, теплопроводности и тепловой конвекции. На данный момент подавляющее большинство ПК и серверов используют эту комбинацию тепловых трубок, ребер и вентиляторов. Однако, поскольку потребляемая мощность процессора постепенно достигает 300 Вт, 500 Вт или даже 800 Вт, максимальная мощность рассеивания тепла тепловой трубки и вентилятора была нарушена. Из-за неспособности адаптироваться к развитию отрасли за счет многолетнего использования тепловых трубок и вентиляторов необходимо применять технологии рассеивания тепла с жидкостным охлаждением, такие как панели с водяным охлаждением.
В связи с постоянным увеличением энергопотребления чипов все большее внимание уделяется новым технологиям охлаждения, таким как пластины жидкостного охлаждения. По сравнению с ветровой конвекцией тепловых трубок с ребрами и вентиляторами, охлаждающая пластина с жидкостью использует метод конвекции жидкости, который осуществляет теплообмен через поток жидкости с более высокой скоростью и с более высокой эффективностью. Однако из-за дороговизны и сложности решений технология жидкостного охлаждения пока не достигла роста на порядок. Тем не менее, он также стал обязательным в некоторых сценариях применения с высокой мощностью, поскольку в отрасли не существует более идеального решения.
От нагревательного чипа до устройства и конечного продукта существует потребность в охлаждении на каждом уровне и звене, которая включает в себя различные вспомогательные материалы, материалы интерфейса и базовые материалы. В то же время применение различных технологий рассеивания тепла или сценариев применения приводит к различным техническим маршрутам и решениям. И это неизбежно связано с различными потенциальными возможностями развития и различными технологическими проблемами.
Основные элементы технологии термического охлаждения включают количество тепла, выделяемого самим чипом, интенсивность теплового потока на единицу площади, а также расстояние и объем, на которых тепло может рассеиваться. Обычно рассеивание тепла — это процесс распространения тепла от очень высокой тепловой мощности или горячей точки производства в большее пространство. Этот процесс теплопередачи является последовательным, и любое звено в нем может стать узким местом теплообмена. Рассеяние тепла представляет собой поэтапную систему передачи, например, от тепловой точки A к B, от C к D к E, а затем к F. Если эффективность передачи между AB, BC или CD низкая, конечный результат может Быть может, эффективность охлаждения от A до F недостаточно высока. Таким образом, каждое звено должно постоянно улучшать свои тепловые характеристики, чтобы не стать узким местом на всем пути. Для чипов и чип-модулей сверхвысокой плотности (MCM) компания обязана разработать идеальное решение в области устойчивой технологии охлаждения.
