Sisäänrakennetut CPU-jäähdytysteknologiasovellukset
Olipa kyse datakeskuksista, supertietokoneista tai kannettavista: sirujen ja muiden puolijohdekomponenttien tuottama suuri lämpömäärä on yksi nykyaikaisten elektroniikkatuotteiden suurimmista ongelmista. Toisaalta se rajoittaa komponenttien suorituskykyä ja rakenteellista tiheyttä. Toisaalta jäähdytysprosessi itsessään kuluttaa paljon energiaa, joka käytetään tuulettimien tai nestejäähdytyspumppujen jäähdyttämiseen.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat ovat tutkineet tapoja parantaa lämmönsiirron tehokkuutta sirusta jäähdytysnesteeseen. Esimerkiksi jäähdytysjärjestelmän ja sirun välisenä kontaktipinnana käytetään metallia, jolla on parempi lämmönjohtavuus. Kaikkien menetelmien tehokkuus ei kuitenkaan ole aiemmin ollut kovin korkea, ja lämmönpoistotehokkuuden parantuessa myös lämmönpoistojärjestelmän monimutkaisuus ja valmistuskustannukset nousevat eksponentiaalisesti.
Nyt sveitsiläiset tutkijat ovat vihdoin löytäneet paremman tavan keksiä siru, joka ei tarvitse ulkoista jäähdytystä. Puolijohteeseen integroidut mikrotubulukset tuovat jäähdytysnesteen suoraan transistorin ympärille, mikä paitsi parantaa suuresti sirun lämmönpoistovaikutusta, myös säästää energiaa ja tekee tulevista elektronisista tuotteista ympäristöystävällisempiä. Tämän integroidun jäähdytyksen valmistus on halvempaa kuin edellinen prosessi.
Tämän ratkaisun periaate on, että sen sijaan, että se jäähdyttäisi sirun ulkopuolelta, se jäähdytetään suoraan sisällä. Jäähdytysneste virtaa puolijohdemateriaaliin integroitujen mikroputkien läpi alhaalta, mikä tarkoittaa, että transistorin lämmönlähteenä tuottama lämpö haihtuu suoraan. Mikrokanava on suorassa kosketuksessa sirussa olevien transistorien kanssa, mikä luo paremman yhteyden lämmönlähteen ja jäähdytyskanavan välille. Jäähdytyskanavan kolmiulotteiset haarat edistävät myös jäähdytysnesteen jakautumista ja vähentävät jäähdytysnesteen kiertoon tarvittavaa painetta.
Jäähdytysjärjestelmän alustava testi osoittaa, että se pystyy haihduttamaan yli 1,7 kW lämpöä neliösenttimetriä kohden ja vain 0,57 wattia pumpun tehoa neliösenttimetriä kohti. Tämä on huomattavasti vähemmän kuin ulkoisten etsauksen jäähdytyskanavien teho. "Havaittu jäähdytyskapasiteetti ylittää yhden kilowatin neliösenttimetriä kohti, mikä vastaa 50-kertaista tehokkuuden parannusta ulkoiseen lämmönpoistoon verrattuna", tutkijat sanoivat.
Integroidulla mikrosirujäähdytyksellä on toinen etu: se on halvempi kuin ulkoisesti lisätty jäähdytysyksikkö. Koska jäähdyttävät mikrokanava- ja sirupiirit voidaan tuoda suoraan puolijohteisiin tuotannossa, valmistuskustannukset ovat alhaisemmat. Tämä sisäisesti jäähdytetty mikrosiru tekee tulevista elektronisista tuotteista kompaktimpia ja energiaa säästäviä.
