Jak usprawnić odprowadzanie ciepła – mikrokanały w krzemie

Naukowcy z Fraunhofer IZM opracowali innowacyjne rozwiązanie w ramach projektu kierowanego przez IBM. Projekt ten zyskał nazwę CarriCool. Jest to nowoczesna i innowacyjna metoda chłodzenia struktur krzemowych. Dzięki niej, cały system chłodzenia ma ulec wyraźnej poprawie pod względem efektywności, co w dużym stopniu może wpłynąć na poprawę wydajności całego układu, np. nowoczesnych procesorów. Metoda ta opierać się ma na wbudowaniu mikrokanałów wprost w strukturę krzemową (interpozera). Umożliwiać ma to skuteczne odprowadzanie ciepła wprost z podłoża krzemowego, w bezpośrednich sąsiedztwie warstw aktywnych. Takie, niemal bezpośrednie odprowadzanie ciepła z krzemu wpływa na znaczną poprawę chłodzenia, a co za tym idzie poprawę wydajności procesorów, jak zapewniają naukowcy. Projekt kierowany jest przez grupę: Dr. Wolfram Steller, Dr. Hermann Oppermann oraz Dr. Jessika Kleff z Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM. Metoda ta może zmienić nieco podejście do tego, w jaki projektowane są systemy chłodzenia. Obecnie, dzięki pracy naukowców będzie możliwe stworzenie skutecznego systemu odprowadzania ciepła zarówno z powierzchni górnych, jak i podstawy układu scalonego. W celu zwiększenia efektywności chłodzenia umieszcza się te struktury mikrokanałów w interpozerze krzemowym, umieszczonym pomiędzy głównymi elementami procesora, a płytką drukowaną. Nośnikiem służącym do odprowadzania ciepła jest specjalny płyn, który jest pompowany do tych niewielkich kanalików, odbierając ciepło od procesora. Interpozer odpowiadać ma za dostarczenie zasilania, być pomostem dla danych, a także stanowić ma element systemu chłodzenia. Jego grubość wynieść ma około 200 um. Pewnym wyzwaniem było, oprócz stworzenia samych kanalików, odpowiednie ich odseparowanie hermetyczne, od ścieżek elektrycznych. Rozwiązaniem było stworzenie interpozera z dwóch warstw krzemowych. Kanaliki ustawione są w płaszczyźnie poziomej, nie kłócąc się z kanałami elektrycznymi umieszczonymi w pionie. Aby uniknąć kontaktu płynu ze ścieżkami elektrycznymi, każde połączenie jest odpowiednio zabezpieczone. Nowa technologia sprawi, że systemy chłodzenia będą w stanie dotrzeć głębiej układu scalonego, co w sposób widoczny wpłynie na wydajność, zarówno samego chłodzenia, jak również procesora. Skuteczniejsze chłodzenie sprawi bowiem, że z układu scalonego będzie można wyciągnąć jeszcze więcej niż dotychczas (większa moc lub możliwość pracy przy wyższych częstotliwościach). Ich innowacyjny interpozer posiadać ma jeszcze dodatkowe funkcje. Naukowcom udało się w nim zintegrować takie elementy jak komponenty optoelektroniczne, regulator napięcia, itp. Wszystko to sprawi, że nowoczesna elektronika może wejść na nowy poziom, jeśli chodzi o szeroko pojmowaną wydajność, jak również poziom miniaturyzacji.