VLSI simpozium konferentsiyasida kompaniya mutaxassislari TSMC suyuq sovutish tizimini to'g'ridan-to'g'ri chipga integratsiya qilish haqidagi tasavvurlarini taqdim etdilar. Mikrosxemalarni sovutish uchun shunga o'xshash yechim kelajakda, masalan, kilovatt issiqlikni olib tashlash kerak bo'lgan ma'lumotlar markazlarida qo'llanilishi mumkin.
Chiplar ichidagi tranzistorlar zichligi o'sishi va bir nechta qatlamlarni birlashtirgan 3D-layoutdan foydalanish bilan ularni samarali sovutishning murakkabligi ham ortadi. TSMC mutaxassislarining fikricha, kelajakda yechimlar istiqbolli bo'lishi mumkin, unga ko'ra sovutish suyuqligi mikrokanallari chipning o'ziga birlashtiriladi. Nazariy jihatdan qiziqarli tuyuladi, lekin amalda bu g'oyani amalga oshirish katta muhandislik sa'y-harakatlarini talab qiladi.
TSMC ning maqsadi protsessor maydonining kvadrat millimetridan 10 vatt issiqlikni tarqatishga qodir bo'lgan suyuq sovutish tizimini ishlab chiqishdan iborat. Shunday qilib, 500 mm² va undan ortiq maydonga ega chiplar uchun kompaniya 2 kVt issiqlikni olib tashlashni maqsad qilgan. Muammoni hal qilish uchun TSMC bir necha usullarni taklif qildi:
- DWC (To'g'ridan-to'g'ri suvni sovutish): suyuq sovutish mikrokanallari kristalning yuqori qatlamida joylashgan.
- OX TIM bilan Si qopqog'i: suyuq sovutish mikrokanallar bilan alohida qatlam sifatida qo'shiladi, qatlam OX (Silicon Oxide Fusion) orqali termal interfeys Termal interfeys materiali (TIM) orqali asosiy kristallga ulanadi.
- LMT bilan Si Lid: OX qatlami o'rniga suyuq metall ishlatiladi
Har bir usul harorat sensorlari bilan jihozlangan sirt maydoni 540 mm² va umumiy kristall maydoni 780 mm² bo'lgan maxsus TTV (Termal Test Vehicle) mis sinov xujayrasi yordamida sinovdan o'tkazildi. TTV quvvat bilan ta'minlaydigan substratga o'rnatildi. Devrendagi suyuqlikning harorati 25 ° S edi.
TSMC ma'lumotlariga ko'ra, eng samarali usul bu to'g'ridan-to'g'ri suvni sovutish, ya'ni mikrokanallar kristalning o'zida joylashganida. Ushbu usul yordamida kompaniya 2,6 kVt issiqlikni olib tashlashga muvaffaq bo'ldi. Harorat farqi 63 ° S edi. OX TIM usulidan foydalanganda 2,3 ° S harorat farqi bilan 83 kVt ajratildi. Qatlamlar orasida suyuq metalldan foydalanish usuli kam samaradorlik ko'rsatdi. Bunday holda, 1,8 ° S farq bilan faqat 75 kVtni olib tashlash mumkin edi.
Kompaniya issiqlik qarshiligi imkon qadar past bo'lishi kerakligini ta'kidlaydi, ammo asosiy to'siq aynan shu jihatda ko'rinadi. DWC usuli uchun hamma narsa kremniy va suyuqlik o'rtasidagi o'tishga tayanadi. Kristalning alohida qatlamlari bo'lsa, yana bir o'tish qo'shiladi, bu OX qatlami tomonidan eng yaxshi ishlov beriladi.
Kremniy qatlamida mikrokanallarni yaratish uchun TSMC 200-210 mikron kengligi va 400 mikron chuqurlikdagi kanallarni yaratuvchi maxsus olmosli kesgichdan foydalanishni taklif qiladi. 300 mm taglikdagi kremniy qatlamining qalinligi 750 mkm. Pastki qatlamdan issiqlik uzatishni osonlashtirish uchun bu qatlam iloji boricha nozik bo'lishi kerak. TSMC har xil turdagi naychalar yordamida bir qator sinovlarni o'tkazdi: yo'nalishli va kvadrat ustunlar shaklida, ya'ni naychalar ikkita perpendikulyar yo'nalishda amalga oshiriladi. Naychalardan foydalanmasdan qatlam bilan ham taqqoslash amalga oshirildi.
Naychalarsiz sirtdan issiqlik quvvatini yo'qotish unumdorligi etarli emas edi. Bundan tashqari, u sovutish suvi oqimining ko'payishi bilan ham unchalik yaxshilanmaydi. Ikki yo'nalishdagi kanallar (kvadrat ustun) eng yaxshi natijani beradi, oddiy mikrokanallar sezilarli darajada kamroq issiqlikni olib tashlaydi. Birinchisining ikkinchisidan ustunligi 2 barobar.
TSMC kelajakda kristallarni to'g'ridan-to'g'ri suyuqlik bilan sovutish juda mumkin deb hisoblaydi. Metall radiator endi chipga o'rnatilmaydi, suyuqlik to'g'ridan-to'g'ri kremniy qatlamidan o'tib, kristalni to'g'ridan-to'g'ri sovutadi. Ushbu yondashuv chipdan bir necha kilovatt issiqlikni olib tashlash imkonini beradi. Ammo bunday echimlar bozorda paydo bo'lishi uchun vaqt kerak bo'ladi.
Shuningdek o'qing:
- Yaponiyalik tadqiqotchilar chiplarning yangi avlodiga yo‘l ochdi
- Chip sanoati xavfli ravishda TSMCga bog'liq