Tepelná výzva čipu

Energia spotrebovaná polovodičmi generuje teplo, ktoré musí byť odvádzané zo zariadenia, ale ako to efektívne dosiahnuť, je čoraz náročnejšia úloha. Keď sa hustota tranzistorov zvyšuje, stáva sa to ťažšie.

Samotné materiály a dizajn majú potenciál na zlepšenie, pretože dokážu odviesť viac tepla pomocou vedenia zariadení na odvádzanie tepla. Výzvou je, že pokiaľ nepoužívame veľké servery, tepelný priestor okolo týchto zariadení je veľmi malý. Musíte zvážiť zlepšenie materiálu, inteligentné využitie tepelného priestoru okolo čipov, obalov alebo dosiek plošných spojov. Čo naozaj chcete urobiť, je zlepšiť vodivosť a rýchlosť prenosu tepla.

Teplo môže uniknúť cez hornú časť obalu a potom vstúpiť do chladiča, alebo môže byť exportované cez spodok a jeho pripojenú dosku plošných spojov. Keď je priestor obmedzený, veci sa stávajú ešte zložitejšími. V závislosti od konkrétneho dizajnu sa tento cieľ dá dosiahnuť rôznymi spôsobmi. Napríklad v smartfónoch je použitie vysoko vodivých fólií, ako sú grafitové alebo grafénové fólie, veľmi bežné kvôli najmenšiemu objemu systému a efektívnemu odvodu tepla. V oblasti infraštruktúry môže použitie aktívnych a pasívnych 3D namáčacích dosiek dosiahnuť prevádzku v rozsahu stoviek wattov.

Na jednom čipe vykonávame overenie časovania a výkonu na úrovni netlistu. V kontexte 3D-IC sa to môže stať nepraktickým, takže odporové charakteristiky čipov prostredníctvom tepelných modelov, aby bolo možné pochopiť každý geometrický detail prítomný v čipe. V konečnom dôsledku spája dizajn a balenie a niektoré modely čipov vznikajú práve týmto spôsobom.

Mnoho čipov čelí tepelným bariéram a riešenie tohto problému nie je jednoduché. Dokážeme navrhnúť a vyrobiť neuveriteľné čipy, ale roztopia sa. Toto nie je obmedzenie výroby, ani obmedzenie dizajnu. Ide o fyzické obmedzenie a nemôžeme vydávať viac tepla. Hoci v určitých aplikáciách možno použiť jedinečné riešenia, väčšina trhov musí nájsť spôsoby, ako urobiť viac s menšími zdrojmi, čo znamená viac funkcií na watt. Náklady s tým spojené sú oveľa vyššie ako predchádzajúce riešenia.