EN
Najnovšie inovácie v zvislom stohovaní 3D integrovaných obvodov vyvolali vážne tepelné problémy v 3D integrovaných obvodoch. Tradičné metódy chladenia vzduchom alebo kvapalinou nie sú dostatočné. Mikrofluidné chladenie integruje miniaturizované chladiace kanály do kremíkových interpozérov alebo podložiek balíčkov, čím umožňuje umiestniť chladiacu akciu v tesnej blízkosti funkčných tranzistorov. Tým sa zlepší tepelný odpor približne o 40 % v porovnaní s tradičnými riešeniami chladičov. Ešte extrémnejšia je metóda impingementového prúdenia (prúdenia dopadajúceho prúdu). Táto technika je založená na princípe prenosu tepla pomocou rýchlo sa pohybujúcich prúdov kvapaliny smerovaných priamo na jednotlivé horúce miesta (tzv. hotspots) v čipe, najmä v hustých logických alebo vstupno-výstupných die. Táto technika dokáže odvádzať teplo rýchlosťou presahujúcou 300 wattov na štvorcový centimeter. Ak sa tieto vyššie uvedené metódy chladenia použijú pri najzložitejších 2,5D a 3D čipových balíčkoch, zmierňujú vplyv teplotou indukovaných mechanických zaťažení a zabraňujú oddeleniu vrstiev v najnovších technikách zabalenia, ako sú fan-out a hybridné zváranie.
Dvojfázové kvapalné chladenie umožňuje odvádzať tepelné toky vyššie ako 500 W/cm².
Chladiaca kvapalina Novec 649 alebo FC-72 sa pri kontakte s horúcimi povrchmi mení na paru. Táto vysoká schopnosť chladiacej kvapaliny absorbovať teplo presahuje absorpčnú schopnosť jednofázových chladiacich metód. Táto chladiaca metóda sa ukázala ako najvhodnejšia pre tepelné toky vyššie ako 500 W/cm², ktoré nie je možné dosiahnuť bežným vedením tepla alebo konvekciou. V praxi systémy chladenia v parnej fáze udržiavajú pri veľkých čipoch s výkonom 2 kW teplotu chladených povrchov na úrovni 85 °C, vrátane procesorov umelej inteligencie v superpočítačoch dosahujúcich exaskalový výkon. Po absorpcii tepla sa para chladiacej kvapaliny presunie do vonkajšieho chladiaceho panela alebo do malých kanálikov kondenzátora. Tým sa uzatvorí tepelný obvod (cyklus). To robí chladiace systémy, najmä pre chladenie čipov zozadu a veľké servery, mimoriadne výhodnými, keďže opätovné dopĺňanie chladiacej kvapaliny nie je potrebné.
Často kladené otázky
Čo sú mikrofluidné chladenie a čelné prúdenie?
Zatiaľ čo mikrofluidné chladenie využíva malé kanáliky v kremíkových podkladoch na účinnejšie chladenie, čelné prúdenie využíva rýchlo sa pohybujúce prúdy kvapaliny, ktoré zasahujú konkrétne horúce miesta na čipoch.
Čo robí dvojfázové kvapalinové chladenie tak efektívnym?
Dvojfázové chladenie dokáže dosiahnuť viac ako 500 wattov na štvorcový centimeter, čo je výrazne viac než akákoľvek z bežných metód, jednoducho preto, lebo chladiace prostredie na horúcich komponentoch odparuje.
Je možné tieto chladenie implementovať v rozsiahlych aplikáciách?
Áno, mikrofluidné chladenie aj dvojfázové chladenie sú veľmi vhodné pre rozsiahle servery a priame chladenie čipov, najmä pre AI procesory a superpočítače.