Разделы

Наука

Встроенные микрокулеры: новая система охлаждения чипов

Разработан новый тип охлаждающей системы для компьютерных чипов. При создании устройства использовались в основном достижения в области микрожидкостных и микроэлектромеханических систем (МЭМС).
Новое охлаждающее устройство для компьютерных чипов создано инженерами из университета Пердью (Purdue University). Что интересно, этот тип микрокулера можно устанавливать непосредственно в "камне" микропроцессора - тем самым отпадает необходимость использовать традиционные механические кулеры-вентиляторы.

Основой микрожидкостной системы охлаждения стал разработанный учеными "микронасос", перекачивающий охладитель через систему тонких микрокапилляров, охватывающих чип, который надо охладить целиком.

Как говорит руководитель исследования, профессор Сареш Гаримелла (Suresh Garimella), эта инновация позволит охлаждать микропроцессоры будущего, которые будут рассеивать больше тепла, чем нынешние аналоги. Преимущество встроенного охлаждения состоит также в том, что охлаждающие каналы могут пронизывать чип практически на всех уровнях, так что охлаждаться будут наиболее "жаркие" его регионы. Это позволит сократить энергопотребление систем охлаждения. Кроме того, новое охлаждающее устройство совершенно бесшумно, чего нельзя сказать о современных вентиляторах, издающих зачастую тем больше шума, чем больше мощности они рассеивают, т.е. чем мощнее процессор.

Минимальная площадь чипа, который можно охладить с помощью микрожидкостного МЭМС-кулера, - около 1 см2. "Поскольку мы используем МЭМС-технологии при построении системы охлаждения, это позволяет нам очень просто интегрировать ее в современную электронику, - говорит проф. Гаримелла. - И благодаря этому внедрение новой технологии не потребует сколь бы то ни было серьезных переделок в современном техническом процессе изготовления микрочипов".

Первое сообщение о достижениях проф. Гаримеллы и его команды появилось в майском выпуске журнала "Электронное охлаждение" (Electronics Cooling magazine). "Наша цель - разработать настолько простую систему охлаждения, чтобы она присутствовала в чипах будущего как неотъемлемая их часть, - сообщил проф. Гаримелла. - Я думаю, это позволит создать новые типы более мощных микросхем и микропроцессоров".

Павел Таранов, МТС: Микросервисный подход позволяет экосистеме быстрее двигаться и меняться
Телеком

Прототип чипа-охладителя состоит из ряда микроканалов, заполненных водой, диаметром всего около 100 микрон. Каналы опутаны сложной системой электродов, одни из которых ионизируют воду-охладитель, а вторые - создают электромагнитное пульсирующее поле, заставляющее ионизированную воду циркулировать внутри каналов. Этот электрогидродинамический эффект и является тем самым микромотором, который необходим для всех жидкостных систем охлаждения. "Каждый шестой электрод получает такое же напряжение, как и первый - а между ними оно изменяется, создавая эффект пульсирующего электромагнитного поля, благодаря этому происходит охлаждение чипа", - комментирует проф. Гаримелла.

Однако одной гидроэлектродинамики для охлаждения недостаточно, поэтому ученые улучшили конструкцию охладителя, добавив к нему еще один микронасос. Этот насос представляет собой полоску пьезоэлектрика, который под действием электричества сокращается и распрямляется, ускоряя циркуляцию воды. "Этот материал работает как диафрагма, выгибаясь то в одну сторону, то в другую и толкая воду. Благодаря применению альтернативного насоса, нам удалось увеличить производительность охладителя на 13%. А расчеты, сделанные с помощью математического моделирования, показали, что, изменив конструкцию диафрагмы, мы сможем увеличить скорость протекания охладителя на 100%", – поясняет проф. Гаримелла.

#gallery#
Для успешного внедрения охладителя в микроэлектронику следует еще доработать некоторые детали устройства - например, рассчитать оптимальную конструкцию насосов обоих типов. Также ученые должны разработать простую и надежную систему наполнения каналов водой в чипе.