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3次元集積回路における垂直スタッキング技術の最新の革新により、3次元集積回路では深刻な放熱課題が生じています。従来の空冷や液冷ソリューションでは、これらの課題に対応しきれません。マイクロ流体冷却は、シリコン・インタポーザーまたはパッケージ基板に微小な冷却チャネルを統合し、動作中のトランジスタに極めて近接した位置で冷却作用を発揮します。これにより、従来のヒートシンクソリューションと比較して、熱抵抗を約40％低減できます。ジェット衝突冷却（Jet impingement）はさらに高度な手法です。この技術は、チップ上の個別のホットスポット（特に高密度ロジック領域や入出力ダイ領域）へ高速で流れる流体ジェットを直接照射することにより、熱を運搬する原理に基づいています。この手法では、1平方センチメートルあたり300ワットを超える熱除去率を実現できます。このような冷却手法を、最も複雑な2.5Dおよび3Dチップパッケージに適用することで、温度変化に起因する機械的負荷の影響を軽減し、ファノウト（fan-out）やハイブリッドボンディング（hybrid bonding）といった最新のパッケージング技術において層間剥離を防止できます。
2相液体冷却は、500 W/cm²を超える熱流束を放熱する能力を提供します。
冷却液のNovec 649またはFC-72は、高温表面に接触すると蒸発します。この冷却液の高い熱吸収能力は、単相冷却方式の吸収能力を上回ります。この冷却方式は、500 W/cm²を超える熱流束に対して最も効果的であり、通常の伝導冷却や対流冷却では達成できない性能を実現します。実際、2 kW級の大規模チップにおいて、蒸気相冷却システムは、エクサスケール性能を達成するスーパーコンピュータ内のAIプロセッサを含む冷却対象表面の温度を85°Cに維持します。冷却液が熱を吸収した後、生成された蒸気相は、外部に設置されたコールドプレート、あるいはコンデンサの小型ダクトへと流れます。これにより、熱回路（ループ）が閉じられます。このため、特にチップ背面冷却および大規模サーバーラック向けの冷却システムにおいて、冷却液の補充が不要という点で極めて優れた利点を有します。
よくある質問
マイクロ流体冷却とジェット衝突冷却とは何ですか？
マイクロ流体冷却は、シリコン基板内に設けられた微小なチャンネルを用いてより効率的な冷却を実現するのに対し、ジェット衝突冷却は、液体の高速噴流をチップ上の特定のホットスポットに直接当てることで冷却を行います。
なぜ二相液体冷却がこれほど優れているのでしょうか？
二相冷却は、発熱部品上で冷却液を気化させるという原理により、1平方センチメートルあたり500ワットを超える放熱性能を実現でき、これは従来のあらゆる冷却手法をはるかに上回る性能です。
これらの冷却手法は大規模な応用に適用可能でしょうか？
はい。マイクロ流体冷却および二相冷却は、AIプロセッサーやスーパーコンピューター向けに、大規模なサーバーラックやチップ直結型冷却など、大規模な応用に非常に適しています。