Integrovaná technologie chlazení mikročipu
Ať už jde o datová centra, superpočítače nebo notebooky: velké množství tepla generovaného čipy a dalšími polovodičovými součástkami je jedním z největších problémů moderních elektronických produktů. Na jedné straně omezuje výkon a konstrukční hustotu komponent. Na druhou stranu samotný proces chlazení spotřebovává mnoho energie, která se využívá pro chladicí ventilátory nebo čerpadla kapalinového chlazení.
K vyřešení tohoto problému vědci studovali způsoby, jak zlepšit účinnost přenosu tepla z čipu do chladicí kapaliny. Jako kontaktní plocha mezi chladicím systémem a čipem je například použit kov s lepší tepelnou vodivostí. Účinnost všech způsobů v minulosti však není příliš vysoká a se zlepšováním účinnosti odvodu tepla exponenciálně roste i složitost a výrobní náklady systému na odvod tepla.
Nyní švýcarští vědci konečně našli lepší způsob, jak vymyslet čip, který nepotřebuje externí chlazení. Mikrotubuly integrované v polovodiči přivedou chladicí kapalinu přímo kolem tranzistoru, což nejen výrazně zlepšuje efekt odvodu tepla čipu, ale také šetří energii a činí budoucí elektronické produkty šetrnější k životnímu prostředí. Výroba tohoto integrovaného chlazení je levnější než předchozí proces.
Princip tohoto řešení spočívá v tom, že místo chlazení z vnější strany čipu je čip chlazen přímo uvnitř. Chladivo protéká mikrotubuly integrovanými v polovodičovém materiálu zespodu, což znamená, že teplo generované tranzistorem jako zdrojem tepla bude přímo odváděno. Mikrokanál je v přímém kontaktu s tranzistory v čipu, což vytváří lepší spojení mezi zdrojem tepla a chladicím kanálem. Trojrozměrné větve chladicího kanálu rovněž přispívají k rozvodu chladicí kapaliny a snižují tlak potřebný pro cirkulaci chladicí kapaliny.
Předběžný test chladicího systému ukazuje, že dokáže rozptýlit více než 1,7 kW tepla na centimetr čtvereční a pouze 0,57 wattu výkonu čerpadla na centimetr čtvereční. To je podstatně méně, než je výkon potřebný pro externí leptací chladicí kanály. "Pozorovaná chladicí kapacita přesahuje jeden kilowatt na centimetr čtvereční, což odpovídá 50násobnému zlepšení účinnosti oproti vnějšímu rozptylu tepla," uvedli vědci.
Integrované chlazení mikročipu má další výhodu: je levnější než externí chladicí jednotka. Protože chladicí mikrokanálové a čipové obvody lze přímo zavádět do polovodičů ve výrobě, jsou výrobní náklady nižší. Tento vnitřně chlazený mikročip učiní budoucí elektronické produkty kompaktnějšími a energeticky úspornějšími.
