wbudowane aplikacje systemu chłodzenia w chłodzeniu CPU
Niezależnie od tego, czy są to centra danych, superkomputery czy laptopy: duża ilość ciepła generowanego przez chipy i inne elementy półprzewodnikowe jest jednym z największych problemów nowoczesnych produktów elektronicznych. Z jednej strony ogranicza wydajność i gęstość strukturalną komponentów. Z drugiej strony sam proces chłodzenia zużywa dużo energii, która jest wykorzystywana do chłodzenia wentylatorów lub pomp chłodzenia cieczą.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy badali sposoby poprawy wydajności wymiany ciepła z chipa do chłodziwa. Na przykład metal o lepszej przewodności cieplnej jest używany jako powierzchnia styku między układem chłodzenia a chipem. Jednak sprawność wszystkich metod w przeszłości nie była bardzo wysoka, a wraz z poprawą sprawności rozpraszania ciepła, złożoność i koszt wytwarzania systemu rozpraszania ciepła również rosną wykładniczo.
Teraz szwajcarscy naukowcy w końcu znaleźli lepszy sposób na wynalezienie chipa, który nie wymaga zewnętrznego chłodzenia. Mikrotubule zintegrowane z półprzewodnikiem doprowadzą ciecz chłodzącą bezpośrednio wokół tranzystora, co nie tylko znacznie poprawia efekt rozpraszania ciepła przez chip, ale także oszczędza energię i sprawia, że przyszłe produkty elektroniczne będą bardziej przyjazne dla środowiska. Produkcja tego zintegrowanego chłodzenia jest tańsza niż w poprzednim procesie.
Zasadą tego rozwiązania jest to, że zamiast chłodzenia z zewnątrz chipa, chip jest chłodzony bezpośrednio w środku. Chłodziwo przepływa od dołu przez mikrotubule zintegrowane z materiałem półprzewodnikowym, co oznacza, że ciepło generowane przez tranzystor jako źródło ciepła będzie rozpraszane bezpośrednio. Mikrokanał styka się bezpośrednio z tranzystorami w chipie, co zapewnia lepsze połączenie między źródłem ciepła a kanałem chłodzącym. Trójwymiarowe odgałęzienia kanału chłodzącego również przyczyniają się do dystrybucji chłodziwa i zmniejszają ciśnienie wymagane do cyrkulacji chłodziwa.
Wstępny test układu chłodzenia pokazuje, że może on rozpraszać ponad 1,7 kW ciepła na centymetr kwadratowy i tylko 0,57 wata mocy pompy na centymetr kwadratowy. To znacznie mniej niż moc wymagana do zewnętrznych kanałów chłodzących trawienie. „Zaobserwowana wydajność chłodzenia przekracza jeden kilowat na centymetr kwadratowy, co odpowiada 50-krotnej poprawie wydajności w porównaniu z zewnętrznym rozpraszaniem ciepła” – stwierdzili naukowcy.
Zintegrowane chłodzenie mikroprocesorowe ma jeszcze jedną zaletę: jest tańsze niż jednostka chłodząca dodana zewnętrznie. Ponieważ mikrokanałowe i chipowe obwody chłodzące mogą być bezpośrednio wprowadzane do produkcji półprzewodników, koszt produkcji jest niższy. Ten wewnętrznie chłodzony mikrochip sprawi, że przyszłe produkty elektroniczne będą bardziej kompaktowe i energooszczędne.
