Установлен рекорд эффективности системы охлаждения электронных чипов — 1000 Вт на квадратный сантиметр

Исследователи из Центра нанотехнологий (Birck Nanotechnology Center) университета Пурду (Purdue University) разработали новый тип сверхэффективной системы охлаждения, предназанченной изначально для чипов радарных систем и суперкомпьютеров. В этой системе используется теплоемкий жидкий хладагент, протекающий по сетям микроканалов, толщиной в несколько микронов, специально созданных прямо в структуре чипов. И за счет этого новая система продемонстрировала рекордный на сегодняшний день показатель эффективности отвода тепла, который равен 1000 Вт на квадратный сантиметр площади охлаждаемого чипа.

В традиционных системах охлаждения используются металлические радиаторы, усеянные пластинами-теплоотводами, которые крепятся к поверхности чипа напрямую или через систему тепловых трубок. Такой подход позволяет отвести и рассеять в окружающее пространство тепло, выделяющееся при работе чипа, но эффективности такого метода бывает не вполне достаточно для охлаждения узлов высокочастотной и мощной электроники.

«Сейчас вы уже можете упаковать в пределы однокристальной схемы достаточно серьезные вычислительные мощности. Ситуация с охлаждением усугубляется еще тенденцией создания многослойных чипов, где каждый из слоев представляет собой отдельный «плоский» чип» — рассказывает Джастин А. Вейбель (Justin A. Weibel), профессор из университета Пурду, — «Для эффективного охлаждения таких чипов потребуется снабдить каждый слой своим отдельным теплоотводом, без этого невозможно будет использовать его полную мощность из-за проблемы перегрева».

Следует отметить, что новая система охлаждения была разработана в рамках программы, финансируемой Управлением перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA. Задачей этой программы является разработка системы охлаждения, которую можно интегрировать в структуру высокопроизводительных чипов, выделяющих при своей работе не менее киловатта тепла на квадратный сантиметр площади, приблизительно в 10 раз больше, чем выделяют процессоры современных компьютеров.

«Разработанная нами структура микроканалов и состав охлаждающей жидкости, которая не проводит электрический ток и имеет очень высокую теплоемкость, позволяют встроить новую систему охлаждения практически в любой полупроводниковый чип, независимо от количества слоев в его структуре» — рассказывает профессор Вейбель, — «Такой подход к охлаждению позволит кардинально уменьшить размеры современных радарных систем, создать более эффективные суперкомпьютеры и многое другое не только из военной, но и гражданской области применения».