Специјалисти на компанијата на конференцијата VLSI Symposium TSMC ја претставија својата визија за интегрирање на системот за течно ладење директно во чипот. Слично решение за ладење на микроциркути може да најде примена во иднина, на пример, во центрите за податоци, каде што често треба да се отстранат киловатите топлина.
Со растот на густината на транзисторите во внатрешноста на чиповите и употребата на 3D распоред кој комбинира неколку слоеви, се зголемува и сложеноста на нивното ефективно ладење. Експертите од TSMC веруваат дека во иднина може да ветуваат решенија, според кои во самиот чип ќе бидат интегрирани микроканали со течност за ладење. Теоретски звучи интересно, но во пракса, имплементацијата на оваа идеја бара огромни инженерски напори.
Целта на TSMC е да развие систем за течно ладење способен да потроши 10 вати топлина од квадратен милиметар од површината на процесорот. Така, за чипови со површина од 500 mm² и повеќе, компанијата има за цел да отстрани 2 kW топлина. За да се реши проблемот, TSMC понуди неколку начини:
- DWC (директно водено ладење): микроканали за течно ладење се наоѓаат во горниот слој на самиот кристал
- Si капак со OX TIM: течното ладење се додава како посебен слој со микроканали, слојот е поврзан со главниот кристал преку OX (Силикон оксид фузија) како термички интерфејс Материјал за термички интерфејс (TIM)
- Si капак со LMT: наместо слојот OX се користи течен метал
Секој метод беше тестиран со помош на специјална бакарна ќелија за тестирање TTV (Термално тест возило) со површина од 540 mm² и вкупна кристална површина од 780 mm², опремена со сензори за температура. TTV беше поставен на подлога што обезбедува струја. Температурата на течноста во колото беше 25°C.
Според TSMC, најефективниот метод е Direct Water Cooling, односно кога микроканалите се наоѓаат во самиот кристал. Користејќи го овој метод, компанијата успеа да отстрани 2,6 kW топлина. Температурната разлика беше 63°C. Во случај на користење на методот OX TIM, доделени се 2,3 kW со температурна разлика од 83°C. Методот на користење на течен метал помеѓу слоевите се покажа како помалку ефикасен. Во овој случај, беше можно да се отстрани само 1,8 kW со разлика од 75 ° C.
Од компанијата забележуваат дека топлинскиот отпор треба да биде што е можно помал, но токму во овој аспект се гледа главната пречка. За методот DWC, сè почива на преминот помеѓу силикон и течност. Во случај на посебни слоеви на кристалот, се додава уште една транзиција, со која најдобро се справува слојот OX.
За да се создадат микроканали во силиконскиот слој, TSMC предлага користење на специјален дијамантски секач кој создава канали со ширина од 200-210 микрони и длабочина од 400 микрони. Дебелината на силиконскиот слој на подлоги од 300 mm е 750 μm. Овој слој треба да биде што е можно потенок за да се олесни преносот на топлина од долниот слој. TSMC спроведе голем број тестови користејќи различни типови тубули: насочени и во форма на квадратни столбови, односно тубулите се направени во две нормални насоки. Беше направена споредба и со слој без употреба на тубули.
Продуктивноста на дисипација на топлинска енергија од површина без тубули беше недоволна. Покрај тоа, не се подобрува многу дури и со зголемување на протокот на течноста за ладење. Каналите во две насоки (Square Pillar) даваат најдобар резултат, едноставните микроканали отстрануваат значително помалку топлина. Предноста на првиот во однос на вториот е 2 пати.
TSMC верува дека директно течно ладење на кристалите е сосема можно во иднина. На чипот повеќе нема да се инсталира метален радијатор, течноста ќе помине директно низ силиконскиот слој, директно ладејќи го кристалот. Овој пристап ќе овозможи да се отстранат неколку киловати топлина од чипот. Но, ќе треба време за вакви решенија да се појават на пазарот.
Прочитајте исто така:
- Јапонските истражувачи го отворија патот до новата генерација чипови
- Индустријата за чипови е опасно зависна од TSMC