Integrovaná technológia chladenia mikročipu
Či už ide o dátové centrá, superpočítače alebo notebooky: veľké množstvo tepla generovaného čipmi a inými polovodičovými komponentmi je jedným z najväčších problémov moderných elektronických produktov. Na jednej strane obmedzuje výkon a štrukturálnu hustotu komponentov. Na druhej strane samotný proces chladenia spotrebuje veľa energie, ktorá sa spotrebuje na chladiace ventilátory alebo čerpadlá na chladenie kvapaliny.
Na vyriešenie tohto problému vedci skúmali spôsoby, ako zlepšiť účinnosť prenosu tepla z čipu do chladiacej kvapaliny. Ako kontaktná plocha medzi chladiacim systémom a čipom sa napríklad používa kov s lepšou tepelnou vodivosťou. Účinnosť všetkých metód v minulosti však nie je príliš vysoká a so zlepšovaním účinnosti odvádzania tepla exponenciálne stúpa aj zložitosť a výrobné náklady systému na odvádzanie tepla.
Teraz švajčiarski vedci konečne našli lepší spôsob, ako vynájsť čip, ktorý nepotrebuje externé chladenie. Mikrotubuly integrované v polovodiči privedú chladiacu kvapalinu priamo okolo tranzistora, čo nielen výrazne zlepšuje efekt odvodu tepla čipu, ale tiež šetrí energiu a robí budúce elektronické produkty ekologickejšími. Výroba tohto integrovaného chladenia je lacnejšia ako predchádzajúci proces.
Princíp tohto riešenia spočíva v tom, že namiesto chladenia z vonkajšej strany čipu sa čip chladí priamo vo vnútri. Chladivo prúdi cez mikrotubuly integrované v polovodičovom materiáli zospodu, čo znamená, že teplo generované tranzistorom ako zdrojom tepla bude priamo odvádzané. Mikrokanál je v priamom kontakte s tranzistormi v čipe, čo vytvára lepšie spojenie medzi zdrojom tepla a chladiacim kanálom. Trojrozmerné vetvy chladiaceho kanála tiež prispievajú k distribúcii chladiacej kvapaliny a znižujú tlak potrebný na cirkuláciu chladiacej kvapaliny.
Predbežný test chladiaceho systému ukazuje, že dokáže rozptýliť viac ako 1,7 kW tepla na štvorcový centimeter a iba 0,57 wattov výkonu čerpadla na štvorcový centimeter. To je podstatne menej ako výkon potrebný pre externé leptané chladiace kanály. "Pozorovaná chladiaca kapacita presahuje jeden kilowatt na štvorcový centimeter, čo zodpovedá 50-násobnému zlepšeniu účinnosti v porovnaní s vonkajším rozptylom tepla," uviedli vedci.
Integrované chladenie mikročipu má ďalšiu výhodu: je lacnejšie ako chladiaca jednotka pridaná externe. Pretože chladiace mikrokanálové a čipové obvody môžu byť priamo zavedené do polovodičov vo výrobe, výrobné náklady sú nižšie. Tento vnútorne chladený mikročip urobí budúce elektronické produkty kompaktnejšími a energeticky úspornejšími.
