Vodní chlazení přímo v čipu
PC chladiče za posledních deset let hodně pokročily. Ale „zlepšují“ se i čipy, které mají chladit – roste TDP, teploty zhoršuje pasta pod rozvaděčem. Dobrá zpráva je, že chlazení hodně hladových čipů je problém pro celý průmysl, a tak ho řeší i výzkumné týmy univerzit. Na té v Purdue teď vyvinuli hodně radikální novinku, která údajně dokáže uchladit i čip produkující teplo s hustotou až 1000 W na cm².
Výzkum týmu vedeného profesorem Sureshem V. Garimellou z Univerzity Purdue měl záměr vytvořit chlazení, které by bylo výrazně účinnější než konvenční. Klíčem k tomu by mělo být to, že se čip bude chladit úplně přímo, místo aby se chladil pasivní chladič nebo blok, který se čipu jen dotýká pomocí nějakého kontaktu (připájení, pasty). To podle výzkumníků limituje, jak rychle se z čipu dá teplo odvádět. Že předávání tepla z čipu do pasivu představuje bariéru, ostatně dobře víme i my.
Na Purdue proto navrhují předávat teplo chladícímu médiu (v tomto případě kapalině) rovnou na čipu, respektive v čipu. Realizováno je to pomocí mikrokanálků vybroušených přímo v povrchu křemíku, kterými cirkuluje kapalina z chladícího okruhu, a fungují tak jako kanálky ve vodním bloku. Ovšem v tomto případě jsou to kanálky skutečně mikroskopické, jejich šířka je jen 10 až 15 mikrometrů. Jejich hloubka je ale mnohem větší, až 300 mikrometrů. Tyto kanálky vedou těsně u sebe, takže na horní straně čipu (tranzistory a obvody jsou v běžném pouzdru zespodu) vznikne hustě žebrovaný pasiv.
Takto úzkými kanálky chladící kapalina neteče příliš ochotně, a tak není možné, aby šly po celé délce čipu, což by systém hodně zjednodušilo. Je nutné „cesty“ zkrátit tak, aby mezi výtokem a vtokem bylo třeba jen 250 mikrometrů. To zajišťuje mřížka, nanesená na povrch s vybroušenými kanálky, jak to můžete vidět na snímcích z mikroskopu. Na povrchu čipu by tak mělo být velké množství otvorů pro přítok a výtok kapaliny, což bude muset nějak vyřešit blok, který se na čip nasadí.
V okruhu se používá speciální kapalina, která nevede elektrický proud, mělo by jít o látku HFE-7100. V mikrokanálcích dochází k jejímu varu, což zvyšuje množství odebraného tepla. Právě i díky tomu je tento systém podle testování schopen odvést oněch 1000 W generovaného tepla z křemíkového čipu o ploše 1 cm² (pro srovnání: když chladíte Core i7-8700K, musíte odvést jen 100 až 200 W (po OC) z 1,5 cm²). Tento požadavek kladla na projekt agentura DARPA, která se podílela na financování. Potenciální aplikace technologie jsou totiž kromě superpočítačů třeba i v čipech pro vojenské radary.
Použití tohoto chlazení bude vyžadovat jemné rytí do hotových vyrobených čipů, komplikované bude ale hlavně nasazení onoho bloku řešícího přívod kapaliny do kanálků. Asi moc nehrozí, že bychom toto měli někdy v blízké budoucnosti v osobních počítačích. Je ale jedna oblast, kde by tato technologie mohla být nezbytná – ve vrstvených čipech. Při štosování křemíku totiž chladič nasazený na vrch pouzdra odvádí ze spodních vrstev mnohem méně tepla. Pokud by se tedy kromě pamětí měly začít štosovat i logické výpočetní obvody, bude asi podobný systém nezbytný, i když bude třeba dořešit, jak rozvést kanálky v prostoru mezi dvěma čipy sedícími na sobě.
- Contents
- Vodní chlazení přímo v čipu