Innowacje w technologii chłodzenia są optymalnym rozwiązaniem dla wydajnego rozwoju urządzeń elektronicznych
W miarę jak chipy dążą do wysokiej gęstości, wysokiej integracji i dużej mocy obliczeniowej, ich moc i gęstość mocy stale rosną, a „wysoka gęstość cieplna” stała się głównym wąskim gardłem w rozwoju technologii półprzewodników dużej mocy. Biorąc pod uwagę ciągły wzrost zużycia energii przez chipy, coraz większą uwagę poświęca się technologii chłodzenia chłodzonego cieczą. Jednak ze względu na wysokie koszty i złożone rozwiązania obecna technologia paneli chłodzonych wodą wciąż jest daleka od idealnego rozwiązania w zakresie odprowadzania ciepła w branży.
Teoretycznie im niższa temperatura chipa, tym dłuższa jego żywotność i stabilniejsza praca. Jednak aby osiągnąć niższe temperatury chipów, koszt chłodzenia, jaki musi ponieść przemysł, jest zbyt wysoki, a punkt równowagi pomiędzy poprawą wydajności przy jednoczesnym uwzględnieniu kosztów nie został jeszcze osiągnięty. W związku z tym branża może przyjąć różne kombinacje technologii lub współpracować przy opracowywaniu powiązanych produktów dla różnych materiałów, technologii i scenariuszy zastosowań rozpraszających ciepło, w celu zbadania optymalnych rozwiązań w obecnych akceptowalnych warunkach kosztowych.
Kiedy pobór mocy osiąga dziesiątki lub setki watów, należy zastosować rurkę cieplną, aby odprowadzić ciepło z chipa. Po tym, jak ciepło rozprzestrzeni się na większe żeberka rozpraszające ciepło, do jego wydmuchu wykorzystywany jest wentylator, co obejmuje połączenie technologii absorpcji ciepła ze zmianą fazy, przewodzenia ciepła i konwekcji ciepła. Jak dotąd zdecydowana większość komputerów stacjonarnych i serwerów przyjęła tę kombinację rurek cieplnych, żeberek i wentylatorów. Jednakże, gdy pobór mocy procesora stopniowo osiągał 300 watów, 500 watów, a nawet 800 watów, w tym czasie maksymalna zdolność odprowadzania ciepła przez rurkę cieplną i wentylator została przerwana. Ze względu na brak możliwości dostosowania się do rozwoju branży w wyniku wieloletniego stosowania rurek cieplnych i wentylatorów, należy zastosować technologie rozpraszania ciepła w postaci chłodzenia cieczą, takie jak panele chłodzone wodą.
Ze względu na ciągły wzrost zużycia energii przez chipy, coraz większą uwagę poświęca się nowym technologiom chłodzenia, takim jak płyta chłodząca ciecz. W porównaniu z konwekcją wiatrową rurek cieplnych z żeberkami i wentylatorami, płyta chłodząca ciecz wykorzystuje metodę konwekcji cieczy, która zapewnia wymianę ciepła poprzez przepływ cieczy z większą prędkością i wyższą wydajnością. Jednak ze względu na wysokie koszty i złożone rozwiązania technologia chłodzenia cieczą nie osiągnęła jeszcze wzrostu o rząd wielkości. Jednakże stało się ono również koniecznością w niektórych scenariuszach zastosowań wymagających dużej mocy, ponieważ w branży nie ma bardziej idealnego rozwiązania.
Od chipa grzewczego, przez urządzenie, aż po produkt końcowy, zapotrzebowanie na chłodzenie występuje na każdym poziomie i w każdym ogniwie, co wiąże się z różnymi materiałami pomocniczymi, materiałami interfejsu i materiałami bazowymi. Jednocześnie zastosowanie różnych technologii rozpraszania ciepła lub scenariuszy zastosowań skutkuje różnymi drogami i rozwiązaniami technicznymi. A to z pewnością wiąże się z różnymi potencjalnymi możliwościami rozwoju i różnymi wyzwaniami technologicznymi.
Podstawowe elementy technologii chłodzenia termicznego obejmują ilość ciepła wytwarzanego przez sam chip, intensywność przepływu ciepła na jednostkę powierzchni oraz odległość i objętość, z jaką ciepło może się rozproszyć. Zwykle rozpraszanie ciepła to proces rozprowadzania ciepła z bardzo dużej mocy cieplnej lub gorącego punktu produkcyjnego do większej przestrzeni. Ten proces wymiany ciepła ma charakter szeregowy i każde ogniwo w nim może stać się wąskim gardłem ciepła. Rozpraszanie ciepła to system przekazywania ciepła krok po kroku, np. z punktu ciepła A do B, C do D do E, a następnie do F. Jeśli wydajność przenoszenia pomiędzy AB, BC lub CD jest niska, końcowy wynik może być może wydajność chłodzenia od A do F nie jest wystarczająco wysoka. Dlatego każde łącze musi stale ulepszać swoje właściwości termiczne, aby nie stać się wąskim gardłem na całej ścieżce. W przypadku chipów i modułów chipowych o ultrawysokiej gęstości (MCM) z pewnością opracuje najlepsze rozwiązanie w zakresie zrównoważonej technologii chłodzenia.
