aplikacije vgrajenega hladilnega sistema pri hlajenju CPU
Ne glede na to, ali gre za podatkovne centre, superračunalnike ali prenosne računalnike: velika količina toplote, ki jo proizvajajo čipi in druge polprevodniške komponente, je ena največjih težav sodobnih elektronskih izdelkov. Po eni strani omejuje zmogljivost in strukturno gostoto komponent. Po drugi strani pa sam proces hlajenja porabi veliko energije, ki se porabi za hladilne ventilatorje ali črpalke za tekočinsko hlajenje.
Za rešitev tega problema so znanstveniki preučevali načine za izboljšanje učinkovitosti prenosa toplote s čipa na hladilno tekočino. Kot kontaktna površina med hladilnim sistemom in čipom se na primer uporablja kovina z boljšo toplotno prevodnostjo. Vendar pa učinkovitost vseh metod v preteklosti ni zelo visoka, z izboljšanjem učinkovitosti odvajanja toplote pa eksponentno naraščata tudi kompleksnost in proizvodni stroški sistema za odvajanje toplote.
Zdaj so švicarski raziskovalci končno našli boljši način za izum čipa, ki ne potrebuje zunanjega hlajenja. Mikrotubule, vgrajene v polprevodnik, bodo hladilno tekočino pripeljale neposredno okoli tranzistorja, kar ne samo, da močno izboljša učinek odvajanja toplote čipa, temveč tudi prihrani energijo in naredi prihodnje elektronske izdelke okolju prijaznejše. Proizvodnja tega integriranega hlajenja je cenejša od prejšnjega postopka.
Načelo te rešitve je, da namesto hlajenja z zunanje strani čipa, se čip ohlaja neposredno znotraj. Hladilna tekočina teče skozi mikrotubule, ki so vgrajene v polprevodniški material od spodaj, kar pomeni, da se toplota, ki jo ustvarja tranzistor kot vir toplote, odvaja neposredno. Mikrokanal je v neposrednem stiku s tranzistorji v čipu, kar vzpostavi boljšo povezavo med virom toplote in hladilnim kanalom. Tridimenzionalne veje hladilnega kanala prispevajo tudi k porazdelitvi hladilne tekočine in zmanjšajo pritisk, potreben za kroženje hladilne tekočine.
Preliminarni test hladilnega sistema je pokazal, da lahko odda več kot 1,7 kW toplote na kvadratni centimeter in le 0,57 vatov moči črpalke na kvadratni centimeter. To je bistveno manj od moči, ki je potrebna za zunanje jedkane hladilne kanale. "Opazovana hladilna zmogljivost presega en kilovat na kvadratni centimeter, kar je enako 50-kratnemu izboljšanju učinkovitosti v primerjavi z zunanjim odvajanjem toplote," so povedali raziskovalci.
Integrirano hlajenje z mikročipom ima še eno prednost: cenejše je od hladilne enote, dodane zunaj. Ker se hladilna mikrokanalna in čipna vezja lahko neposredno vnesejo v polprevodnike v proizvodnji, so proizvodni stroški nižji. Ta notranje hlajen mikročip bo prihodnje elektronske izdelke naredil bolj kompaktne in energetsko varčne.
