Существует много концепций охлаждения чипа напрямую, в том числе водяного или жидкостного. Маленькие структуры и высокая плотность мультичиповых дизайнов приводят к тому, что охлаждать их весьма непросто. И во многих случаях только жидкостное охлаждение позволяет вывести тепло. Хотя и здесь есть свои ограничения, поскольку с жидкостью могут контактировать лишь определенные области чипа.
Исследователи Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработали концепцию, в которой каналы для охлаждающей жидкости проделаны напрямую в чипе. Концепция вроде бы звучит просто, но в реализации есть свои сложности. Например, жидкость необходимо закачивать в корпусировку и откачивать обратно. Изначальная реализация приводила к более высокой мощности на прокачку жидкости, чем можно было отвести от чипа. Что снижало эффективность. Поэтому исследователем приходилось решать данную проблему.
Концепция опирается на микро-канальцы, которые находятся на чипе. Жидкость прокачивается через данные канальцы, при этом теплообмен происходит намного ближе к источнику тепла, чем в случае обычных водоблоков.
Для травления канальцев используется слой галлия нитрида (GaN), который располагается на кремниевой подложке. На слое GaN вытравливаются канальцы, причем они уходят и на слой кремниевого кристалла. Затем используется травление только кремниевой подложки, расширяющие данные канальцы. А оригинальные канальцы в слое GaN заполняются медью. Под канальцами проделываются несколько дополнительных каналов, по которым внутрь поступает жидкость, по ним же она и выходит наружу после того, как заберет тепло.
Исследовали перепробовали много разных дизайнов. В итоге они остановились на структуре, которая забирает 1.700 Вт с квадратного сантиметра, при этом чип охлаждается до 60 °C.
Впрочем, пройдет еще какое-то время, прежде чем подобные системы охлаждения смогут использоваться на практике. Пока что исследователи смогли провести тесты на простых кремниевых кристаллах, которые не несли какой-либо функциональности. Разве что нагревались, чтобы симулировать отведение тепла. То есть пока еще рано говорить о подобном охлаждении современных процессоров или GPU. Необходимо будет сочетать систему охлаждения и непосредственно сам вычислительный кристалл, чтобы они работали вместе и не препятствовали друг другу. Но подобные компактные водоблоки можно будет размещать на самых горячих участках чипа.
Будет интересно посмотреть, какое развитие данная тема получит в ближайшие годы.
Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).