Встроенная технология охлаждения микросхем
Будь то центры обработки данных, суперкомпьютеры или ноутбуки: большое количество тепла, выделяемого чипами и другими полупроводниковыми компонентами, является одной из самых больших проблем современных электронных продуктов. С одной стороны, это ограничивает производительность и конструктивную плотность компонентов. С другой стороны, сам процесс охлаждения потребляет много энергии, которая используется для охлаждающих вентиляторов или насосов жидкостного охлаждения.
Для решения этой проблемы ученые изучают способы повышения эффективности передачи тепла от чипа к охлаждающей жидкости. Например, в качестве контактной поверхности между системой охлаждения и чипом используется металл с лучшей теплопроводностью. Однако эффективность всех методов в прошлом не очень высока, и с повышением эффективности рассеивания тепла сложность и стоимость производства системы рассеивания тепла также растут в геометрической прогрессии.
Теперь швейцарские исследователи наконец-то нашли лучший способ изобрести чип, не нуждающийся во внешнем охлаждении. Микротрубочки, интегрированные в полупроводник, будут подводить охлаждающую жидкость непосредственно вокруг транзистора, что не только значительно улучшит эффект отвода тепла от чипа, но и сэкономит энергию и сделает будущие электронные продукты более экологичными. Производство этого встроенного охлаждения дешевле, чем предыдущий процесс.
Принцип этого решения заключается в том, что вместо охлаждения снаружи чипа, чип охлаждается непосредственно внутри. Охлаждающая жидкость протекает через встроенные в полупроводниковый материал микротрубочки снизу, а это означает, что тепло, выделяемое транзистором как источником тепла, будет отводиться напрямую. Микроканал находится в прямом контакте с транзисторами в чипе, что обеспечивает лучшую связь между источником тепла и каналом охлаждения. Трехмерные ответвления охлаждающего канала также способствуют распределению охлаждающей жидкости и снижают давление, необходимое для циркуляции охлаждающей жидкости.
Предварительный тест системы охлаждения показывает, что она может рассеивать более 1,7 кВт тепла на квадратный сантиметр и всего 0,57 Вт мощности насоса на квадратный сантиметр. Это значительно меньше мощности, необходимой для внешнего травления охлаждающих каналов. «Наблюдаемая мощность охлаждения превышает один киловатт на квадратный сантиметр, что эквивалентно 50-кратному повышению эффективности по сравнению с внешним отводом тепла», — говорят исследователи.
Интегрированное охлаждение микросхемы имеет еще одно преимущество: оно дешевле, чем внешнее охлаждающее устройство. Поскольку охлаждающие микроканалы и микросхемы могут быть непосредственно внедрены в полупроводники при производстве, стоимость производства ниже. Этот микрочип с внутренним охлаждением сделает будущие электронные продукты более компактными и энергосберегающими.
