TSMC zkoumá možnosti vodního chlazení přímo samotných čipů

Společnost TSMC svůj výzkum zmínila na VLSI Symposium, jak informuje server HardwareLuxx via THW. Nejde tu o rozmar, jako spíše o řešení problémů s chlazením, které teprve ještě přinesou nové způsoby pouzdření, a to zvláště takové, kde se počítá s vrstvením čipů na sebe. Čipy umístěné na vrchu pouzdra mohou být chlazeny bez problémů, jde o ty, které se budou nacházet vespod, přičemž velice namáhány budou v důsledku i vrchní vrstvy, pokud by veškeré teplo mělo proudit skrz ně.

 

Samozřejmě záleží, jak je toto vrstvení provedeno a o jaké čipy jde, čili s jakým výkonem a spotřebou. Obecně ale platí, že chlazení takových čipů bude postupně stále více problematické a inženýři firmy TSMC navrhují řešení využívající vodní médium plynoucí mezi jednotlivými vrstvami. 

 

 

V principu je to velice jednoduché, prostě se v čipech vytvoří kanálky, do nichž se vpustí pumpou tlačená chladicí kapalina. Jde o naprosto stejný princip, jaký využíváme v klasických systémech vodního chlazení, ovšem z technického hlediska proveditelnosti jde o velice složitý problém už jen kvůli tomu, že 3D čipy musí tvořit velice kompaktní celek, do nějž nelze jen tak snadno a bezpečně vpravit kanálky a do nich "pustit vodu".

 

 

 

 

 

V TSMC si pro účely výzkumu vytvořili TTV (Thermal Test Vehicle), což není ani funkční čip, jako spíše hřejivé těleso. Na něm pak byly testovány tři typy křemíkových kanálků. V prvním případě médium obtékalo křemík, v druhém teklo skrz v úzkém korytu a ve třetím šlo o široký kanál nad celým čipem, přičemž se v laboratorních podmínkách sledovalo, který typ bude mít nejlepší výsledky. Ale to není vše.

 

Vedle toho se zkoušely i tři různé postupy. V prvním byly kanálky vytvořeny přímo jako součást čipu v jednom kusu křemíku (DWC - direct water cooling), pak šlo o samostatný kus křemíku napojený na čip pomocí teplovodivého materiálu z oxidu křemičitého (OX TIM) a naposledy šlo o nejlevnější řešení, kde byl OX nahrazen tekutým kovem. 

 

Nepřekvapí, že dle testů bylo zdaleka nejlepší řešení to první, čili DWC, s jehož pomocí šlo z testovacího čipu odvádět až 2,6 kW tepelné energie, přičemž s OX TIM šlo odvést 2,3 kW a spojení přes tekutý kov zajistilo odvod maximálně 1,8 kW. A pokud jde o typy kanálků, jako nejlepší se ukázal první jmenovaný, kde médium obtékalo křemíkové "ostrůvky". 

 

 

TSMC si tak vyzkoušelo různé přístupy, které by se v budoucnu mohly uplatnit v praxi, i když zde můžeme myslet spíše na serverový hardware než spotřebitelské produkty.