Forscher in der Schweiz haben ein Chip- und Kühlsystem mit einer Einheit entwickelt, das On-Chip-Flüssigkeitskanäle neben den heißesten Chipteilen enthält - was laut a den Situationen mit begrenzter Wärme einen beeindruckenden Schub verleiht. neue Studie in der Zeitschrift veröffentlicht Natur .
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Neue 'Wetware:' Computerchips mit Wasser im Inneren
Als Desktop-Prozessoren das Gigahertz-Niveau zum ersten Mal übertrafen, herrschte Konsens darüber, dass es nur einen Anstieg geben konnte. Der Fortschritt kam jedoch zum Stillstand, als der Strombedarf in einem bestimmten Gerät zu viel Wärme erzeugte, um sich abzukühlen und zu berechnenKühlkörper und Wasserkühlung haben die häufig verlangsamte Wärmebarriere nicht überschritten. heutige Prozessoren .
Eines der Probleme bei Flüssigkeitskühlungslösungen besteht darin, dass sie Wärmeenergie aus dem Chip in das Wasser übertragen müssen. Dieses Problem veranlasste einige Forscher, Flüssigkeit in den Chip zu leiten - einschließlich derjenigen, die die neue Studie geschrieben habenPlatziert Flüssigkeitskanäle auf dem Chip neben den hitzeempfindlichsten Bereichen eines Chips. Berichte Ars Technica.
Der Antrieb von Wasserpumpen verringert die Effizienz der Chipkühlung.
Verfahren zum Extrahieren von Wärme aus einem Chip umfassen typischerweise mehrere Verbindungen vom Chip zu und durch seine Verpackung und zu einem Kühlkörper. Während der Chip direkt in eine wärmeleitende Flüssigkeit eingebracht werden kann, muss die Flüssigkeit ohne Auslösen isolieren. chemische Reaktionen mit den elektronischen Bauteilen - von denen keines von Wasser erfüllt wird.
Eine Handvoll Demonstrationen der On-Chip-Kühlung sind im Laufe der Jahre aufgetaucht, betreffen jedoch typischerweise Systeme, bei denen das in Flüssigkeitskanäle integrierte Gerät auf einen Chip geschmolzen ist, durch den ein spezielles System Flüssigkeit pumpt.
Während dies Wärmeenergie entzieht, zeigen frühe Implementierungen das Vorhandensein eines Verschlusses: Der Antrieb der Pumpe, die Wasser durch die Kanäle des Geräts befördert, erfordert mehr Strom als dem Prozessor entzogen wird, wodurch die Energieeffizienz des Systems auf problematische Größen reduziert wird.
Die neuesten Forschungsergebnisse beziehen diese Ideen ein, um die Effizienz von On-Chip-Kühlsystemen zu steigern. Die Forscher hinter der Studie demonstrieren, dass ihre Methode mithilfe eines leistungsumwandelnden Chips funktioniert, der eine durch Wärmeenergie reduzierte Leistung vermeidet.
Technisches Wasser in Chips mit GaN
Der Konstruktionsprozess für den neuen Stromwandlerchip war nicht einfach. Der erste Schritt besteht darin, extrem dünne Schlitze durch Galliumnitrid GaN in das darunter liegende Silizium zu schneiden. Dann begannen die Forscher einen Ätzprozess - der nur Silizium betrifft -.um die Breite der Kanäle zu erhöhen und die ursprünglichen Lücken durch das GaN mit Kupfer abzudichten.
Dies verbessert den Prozess von Wärmeleitung ins Wasser. Unter den Kanälen befindet sich eine Reihe abwechselnder Durchgänge, die wie Zuführungen und Senken funktionieren. Kaltes Wasser fließt über die Zufuhr ein und zirkuliert in den Kanal - absorbiert Wärmeenergie - und bewegt sich dann durch eine benachbarte Spüle heraus.
Die Forscher konfigurieren das Gerät so, dass die heißesten Teile des GaN-Abschnitts des Geräts direkt neben einem der Kanäle angeordnet sind, was die Effizienz der Wärmeextraktion erhöht. Ihr bestes Design kann Wärmeströme von bis zu 1.700 W pro Quadratzentimeter verarbeiten0,155 Quadratzoll, während der Temperaturanstieg des Chips bei 60 ° C gestoppt wird.
Mit dem Aufkommen von Quantencomputer In Kürze ist es wichtig, Wege zu finden, wie Chips auf Siliziumbasis kühl bleiben und die Rechenleistung optimieren können. Wasser - im gesunden Menschenverstand als Todesurteil für Computerchips angesehen - kann auch den Fortschritt der modernen Computertechnologie beschleunigen.