EN
Οι πιο πρόσφατες καινοτομίες στην κατακόρυφη στοίβαση τρισδιάστατων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων έχουν δημιουργήσει σοβαρά προβλήματα υπερθέρμανσης σε τρισδιάστατα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Οι παραδοσιακές μέθοδοι ψύξης με αέρα ή με υγρό δεν είναι επαρκείς. Η μικρορευστική ψύξη ενσωματώνει μικροσκοπικά κανάλια ψύξης στους πυριτιούχους διαμεσολαβητές (interposers) ή στα υποστρώματα της συσκευασίας, επιτρέποντας έτσι τη δράση ψύξης να πραγματοποιείται σε πολύ μικρή απόσταση από τα λειτουργούντα τρανζίστορ. Αυτό βελτιώνει τη θερμική αντίσταση κατά περίπου 40% σε σύγκριση με τις παραδοσιακές λύσεις με απαγωγούς θερμότητας. Ακόμη πιο ακραία είναι η μέθοδος της πρόσκρουσης ρεύματος (jet impingement). Αυτή η τεχνική βασίζεται στην αρχή της απαγωγής θερμότητας μέσω ταχύτατων ρευμάτων υγρού που κατευθύνονται προς συγκεκριμένα σημεία υπερθέρμανσης (hotspots) στον τσιπ, ιδιαίτερα σε πυκνά λογικά ή εισόδου/εξόδου (I/O) die. Η τεχνική αυτή μπορεί να απομακρύνει θερμότητα με ρυθμό υψηλότερο των 300 βατ ανά τετραγωνικό εκατοστόμετρο. Όταν εφαρμόζεται στις πιο περίπλοκες συσκευασίες τσιπ 2,5D και 3D, οι παραπάνω μέθοδοι ψύξης μειώνουν την επίδραση των μηχανικών φορτίων που προκαλούνται από τη θερμοκρασία και αποτρέπουν τον αποκολλημό των στρωμάτων στις πιο πρόσφατες τεχνικές συσκευασίας, όπως η εξωτερική διασύνδεση (fan-out) και η υβριδική σύνδεση (hybrid bonding).
Η δύο-φασική υγρή ψύξη παρέχει τη δυνατότητα απομάκρυνσης ροών θερμότητας μεγαλύτερων των 500 W/cm².
Το ψυκτικό υγρό Novec 649 ή FC-72 μετατρέπεται σε ατμό κατά την επαφή του με ζεστές επιφάνειες. Αυτή η υψηλή ικανότητα απορρόφησης θερμότητας από το ψυκτικό υπερβαίνει την ικανότητα απορρόφησης θερμότητας των μονοφασικών μεθόδων ψύξης. Αυτή η μέθοδος ψύξης αποδεικνύεται ως η καλύτερη για ροές θερμότητας μεγαλύτερες των 500 W/cm², οι οποίες δεν μπορούν να επιτευχθούν με τις συνηθισμένες μεθόδους αγωγιμότητας ή συναγωγής. Στην πράξη, με μεγάλα τσιπ 2 kW, τα συστήματα ψύξης σε ατμοειδή φάση διατηρούν τη θερμοκρασία των ψυχόμενων επιφανειών στους 85°C, συμπεριλαμβανομένων και των επεξεργαστών AI σε υπερυπολογιστές που επιτυγχάνουν επίδοση εξασκάλα. Μετά την απορρόφηση της θερμότητας από τα ψυκτικά υγρά, η ατμοειδής φάση ρέει προς μια εξωτερικά τοποθετημένη ψυκτική πλάκα ή προς μικρούς αγωγούς ενός συμπυκνωτή. Με αυτόν τον τρόπο ολοκληρώνεται το θερμικό κύκλωμα (βρόχος). Αυτό καθιστά τα συστήματα ψύξης, και ιδιαίτερα για την ψύξη των πίσω επιφανειών των τσιπ και των μεγάλης κλίμακας ρακέτων διακομιστών, εξαιρετικά πλεονεκτικά, καθώς δεν απαιτείται επαναγέμισμα του ψυκτικού.
Συχνές ερωτήσεις
Τι είναι οι μικρορευστικές μέθοδοι ψύξης και η ψύξη με πρόσκρουση ρεύματος;
Ενώ η μικρορευστική ψύξη χρησιμοποιεί μικρά κανάλια εντός των πυριτιούχων υποστρωμάτων για πιο αποτελεσματική ψύξη, η ψύξη με πρόσκρουση ρεύματος χρησιμοποιεί γρήγορα κινούμενες ροές υγρού προκειμένου να πλήξουν συγκεκριμένες ζεστές περιοχές στις μικροεπεξεργαστικές πλακέτες.
Τι καθιστά τη διφασική υγρή ψύξη τόσο αποτελεσματική;
Η διφασική ψύξη μπορεί να υπερβεί τα 500 βατ ανά τετραγωνικό εκατοστό, κάτι που είναι πολύ υψηλότερο από οποιαδήποτε συμβατική μέθοδο, απλώς επειδή εξατμίζει τα ψυκτικά υγρά στα θερμά εξαρτήματα.
Μπορούν αυτές οι μέθοδοι ψύξης να εφαρμοστούν σε εφαρμογές μεγάλης κλίμακας;
Ναι, η μικρορευστική ψύξη και η διφασική ψύξη είναι εξαιρετικά κατάλληλες για μεγάλες ράφες διακομιστών και για άμεση ψύξη των μικροεπεξεργαστικών πλακετών, ιδιαίτερα σε επεξεργαστές τεχνητής νοημοσύνης (AI) και υπερυπολογιστές.