EN
Самые последние инновации в вертикальной укладке трёхмерных интегральных схем породили серьёзные проблемы перегрева в 3D-интегральных схемах. Традиционные методы воздушного охлаждения или жидкостного охлаждения оказываются недостаточными. Микрожидкостное охлаждение предполагает интеграцию миниатюрных охлаждающих каналов в кремниевые промежуточные платы (интерпозеры) или подложки корпусов, что позволяет размещать систему охлаждения в непосредственной близости от функционирующих транзисторов. Это снижает тепловое сопротивление примерно на 40 % по сравнению с традиционными решениями на основе теплоотводов. Ещё более эффективным является метод струйного охлаждения (jet impingement). Он основан на принципе отвода тепла за счёт быстродвижущихся потоков жидкости, направленных непосредственно на отдельные «горячие точки» кристалла, особенно в плотных логических или входных/выходных (I/O) кристаллах. С помощью этого метода можно отводить тепло со скоростью свыше 300 Вт на квадратный сантиметр. При применении к наиболее сложным 2.5D- и 3D-корпусам микросхем указанные выше методы охлаждения снижают влияние температурно-индуцированных механических нагрузок и предотвращают расслоение слоёв при использовании новейших технологий упаковки, таких как fan-out и гибридное соединение.
Двухфазное жидкостное охлаждение обеспечивает возможность отвода тепловых потоков свыше 500 Вт/см².
Охлаждающая жидкость Novec 649 или FC-72 переходит в парообразное состояние при контакте с нагретыми поверхностями. Эта высокая теплоёмкость хладагента превышает теплоёмкость методов однородного (однофазного) охлаждения. Данный метод охлаждения доказал свою эффективность при тепловых потоках свыше 500 Вт/см², чего невозможно достичь при использовании обычных проводниковых или конвективных методов охлаждения. На практике в системах с чипами мощностью до 2 кВт двухфазное паровое охлаждение поддерживает температуру охлаждаемых поверхностей на уровне 85 °C, включая процессоры искусственного интеллекта в суперкомпьютерах, достигающих экзафлопсной производительности. После поглощения тепла парообразная фаза хладагента направляется к внешнему холодному пластинчатому радиатору или в небольшие каналы конденсатора, замыкая тем самым тепловой контур (цикл). Это делает такие системы охлаждения, в частности для охлаждения тыльной стороны чипов и масштабных серверных стоек, чрезвычайно выгодными, поскольку пополнение запаса хладагента не требуется.
Часто задаваемые вопросы
Что такое микрожидкостное охлаждение и струйное охлаждение?
В то время как микрожидкостное охлаждение использует узкие каналы внутри кремниевых подложек для более эффективного отвода тепла, струйное охлаждение применяет быстро движущиеся потоки жидкости, направленные непосредственно на конкретные «горячие точки» на чипах.
В чём преимущество двухфазного жидкостного охлаждения?
Двухфазное охлаждение способно обеспечивать теплоотвод свыше 500 Вт на квадратный сантиметр — это значительно превышает возможности любых традиционных методов, поскольку в нём хладагент испаряется непосредственно на нагретых компонентах.
Можно ли применять эти методы охлаждения в крупномасштабных системах?
Да, микрожидкостное охлаждение и двухфазное охлаждение отлично подходят для крупномасштабных серверных стоек и прямого охлаждения чипов, особенно для процессоров искусственного интеллекта и суперкомпьютеров.