IBM «пронзила» чипы водяными капиллярами

IBM «пронзила» чипы водяными капиллярами

На днях исследователи компании IBM в сотрудничестве с институтом им. Фраунгофера (Берлин) продемонстрировали прототип, в котором каналы охлаждения интегрированы непосредственно в трёхмерную микросхему, а вода пропускается между слоями этого чипа.

В прошлом году корпорация IBM предложила технологию производства «слоёных» чипов, позволяющую почти в 1000 раз сократить расстояние, которое необходимо преодолевать информации в микросхеме, а также позволяет реализовать в 100 раз больше каналов для обмена данными по сравнению с двухмерными чипами. Если в традиционном чипе компоненты размещаются на кремниевой подложке рядом друг с другом, то в трёхмерном эти компоненты размещаются в несколько слоёв.

Совокупное тепловыделение трёхмерного чипа площадью 4 см2 и толщиной около 1 мм приближается к одному киловатту, что в 10 раз превышает тепловыделение электрической плитки. С целью эффективного отвода тепла от источника вода подаётся в расположенные между отдельными слоями чипа охлаждающие каналы, по толщине сравнимые с человеческим волосом (50 мкм).

При проведении экспериментов учёные пропускали воду через испытательный образец размером 1 ? 1 см, который состоял из двух пластин (источников тепла) с размещённым между ними охлаждающим слоем. Этот слой имел размеры всего около 100 микронов в высоту и 10 тыс. вертикальных межсоединений на один см2.

Исследователи смогли обеспечить максимальный поток воды сквозь слои, сохранив при этом герметичную изоляцию межсоединений, препятствующую электрическим замыканиям вследствие воздействия воды. Созданную систему охлаждения учёные сравнивают с человеческим мозгом, в пространстве которого миллионы нейронов для передачи сигналов пересекаются с десятками тысяч кровеносных сосудов для охлаждения и энергоснабжения, не влияя друг на друга.

Создание отдельных слоёв было достигнуто при использовании существующих методов производства, за исключением дополнительных операций, связанных с формированием отверстий для передачи сигналов между слоями. С целью изоляции этих «нервов» учёные оставили вокруг каждого межсоединения кремниевую оболочку (технология through-silicon vias) и добавили тонкий слой окиси кремния для защиты электрических межсоединений от воды. Такие структуры должны изготавливаться с точностью до 10 микронов, что в 10 раз превышает требования при изготовлении межсоединений и металлических элементов в современных чипах.

Для сборки отдельных слоёв группа учёных разработала сложную технологию тонкоплёночной пайки. С помощью этой технологии учёные достигли высоких показателей по качеству, точности и надёжности, что гарантирует хороший тепловой контакт и отсутствие электрических замыканий. На завершающем этапе собранный чип был помещён в кремниевый охлаждающий контейнер, напоминающий миниатюрный бассейн. Вода закачивается в этот контейнер с одной стороны, протекает между отдельными слоями чипа и отводится с другой стороны контейнера.

С помощью моделирования учёные экстраполировали экспериментальные результаты на чип площадью 4 см2, при этом расчётная холодопроизводительность составила 180 Вт/см2.

В дальнейшем исследователи займутся оптимизацией систем охлаждения для чипов с уменьшенными размерами и с увеличенным числом межсоединений. Кроме того, группа будет исследовать возможность дальнейшего совершенствования структур для охлаждения отдельных горячих точек.

IBM



Оформите подписку на печатную версию!

На данном сайте используются cookie для сбора информации технического характера и обрабатывается Ваш IP-адрес. Продолжая использовать этот сайт, вы даете согласие на использование файлов cookies.