Изследователите продължават да експериментират с вграждане на течно охлаждане в

Изследователите не престават да опитват с вграждане на течно изстудяване в чипа
(снимки: NPG Press / V. Navikas – EPFL / YouTube)

Изследователи от Швейцария оферират нов метод за отклоняване на топлината от чиповете – посредством вграждане на система за течно изстудяване в самия силициев кристал. Разработен е и електронен модул, който потвърждава успеваемостта на технологията.

Когато районен съд процесорите за първи път доближиха периодичност от 1GHz, изглеждаше, че повече няма накъде. Отначало към момента беше допустимо да се увеличи честотата с нови софтуерни процеси, само че в последна сметка и тази опция стартира да се изчерпва, заради възходящите условия за отклоняване на топлината. Дори солидните радиатори и вентилатори от време на време не съумяват да лишават топлината от най-мощните чипове.

Изследователи от швейцарската EPFL POWERlab тестват нов метод за отклоняване на топлината посредством стартиране на течност през самия кристал. Те са проектирали чипа и охлаждащата система като едно цяло, прокарвайки каналите с течност покрай най-горещите елементи на чипа, излиза наяве от обява в сп. Nature. Резултатът е впечатляващо повишение на продуктивността с дейно разпръскване на топлината.

Част от казуса с отстраняването на топлината от чиповете се крие във обстоятелството, че нормално това става на няколко стадия: топлината се води от микросхемата към опаковката на чипа, по-късно към радиатора и най-после към въздуха (в процеса могат да вземат участие също термопаста, изпарителни камери и т.н.). Всичко това лимитира количеството топлота, което може да бъде отведено от чипа.

Същите съображения важат и за употребяваните през днешния ден системи за течно изстудяване. Възможно е чипът да се сложи непосредствено в топлопроводима течност, само че последната не би трябвало да пропуща електричество и да не влиза в химични реакции с електронни съставни елементи.

Вече бяха демонстрирани няколко разработки на течно изстудяване, вградено в чипа. Обикновено това са системи, при които устройство с набор от течни канали се слага върху кристала, а самата течност се изпомпва. Това разрешава дейно унищожаване на топлината от чипа, само че първичните внедрения демонстрираха, че в каналите има мощно налягане и за изпомпване на течността по този метод се изисква доста сила – повече, в сравнение с се води от процесора. Така, в последна сметка, понижава енергийната успеваемост на системата и също така поражда рисково механично напрежение върху чипа.



Новата швейцарска разработка доразвива концепциите за възстановяване на успеваемостта на охлаждащите системи, интегрирани вътре в чипа. Решението употребява триизмерни охладителни системи – микроканали с вграден колектор (EMMC). При тях триизмерният йерархичен колектор се явява съставен елемент от канал с няколко врата за систематизиране на охлаждащата течност.

Изследователите са основали монолитно интегриран колекторен микроканал (mMMC) посредством вграждане на EMMC непосредствено в чипа. Скритите канали са построени тъкмо под дейните зони на чипа и охлаждащата течност минава непосредствено под източниците на топлота.

Технологията е приложена в силов електронен модул, който преобразува изменчив ток в непрекъснат. С нея могат да се водят топлинни потоци от над 1,7 kW/cm², като се употребява мощ на изпомпване от единствено 0,57 W/cm². Системата демонстрира доста по-висока успеваемост на превръщане, спрямо аналогично неохладено устройство, заради неналичието на самонагряване.

Не може обаче да се чака скорошна поява на чипове, основани на галиев нитрид (GaN), с интегрирана система за изстудяване – към момента не са решени редица съществени въпроси като непоклатимост на системата, рискови температури и така нататък И все пак, създаването е значима стъпка напред към по-студено бъдеще за чиповете.