ระบบระบายความร้อนซีพียูไมโครแชนเนล

ไม่ว่าจะเป็นศูนย์ข้อมูล ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ หรือแล็ปท็อป: ความร้อนจำนวนมากที่เกิดจากชิปและส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ เป็นหนึ่งในปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ด้านหนึ่งจะจำกัดประสิทธิภาพและความหนาแน่นของโครงสร้างของส่วนประกอบ ในทางกลับกัน กระบวนการทำความเย็นนั้นใช้พลังงานจำนวนมาก ซึ่งใช้สำหรับพัดลมระบายความร้อนหรือปั๊มระบายความร้อนด้วยของเหลว

เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาวิธีปรับปรุงประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนจากชิปไปยังสารหล่อเย็น ตัวอย่างเช่น โลหะที่มีค่าการนำความร้อนที่ดีกว่าถูกใช้เป็นพื้นผิวสัมผัสระหว่างระบบทำความเย็นและชิป อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของวิธีการทั้งหมดในอดีตไม่สูงมาก และด้วยการปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อน ความซับซ้อนและต้นทุนการผลิตของระบบกระจายความร้อนก็เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ

ในที่สุด นักวิจัยชาวสวิสก็ได้ค้นพบวิธีที่ดีกว่าในการประดิษฐ์ชิปที่ไม่ต้องการการระบายความร้อนจากภายนอก ไมโครทูบูลที่รวมอยู่ในเซมิคอนดักเตอร์จะนำของเหลวหล่อเย็นไปรอบๆ ทรานซิสเตอร์โดยตรง ซึ่งไม่เพียงแต่ปรับปรุงผลการกระจายความร้อนของชิปได้อย่างมาก แต่ยังช่วยประหยัดพลังงานและทำให้ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น การผลิตระบบทำความเย็นแบบบูรณาการนี้มีราคาถูกกว่ากระบวนการก่อนหน้านี้

หลักการของการแก้ปัญหานี้คือแทนที่จะระบายความร้อนจากด้านนอกของชิป ชิปจะถูกระบายความร้อนภายในโดยตรง น้ำหล่อเย็นไหลผ่านไมโครทูบูลที่รวมอยู่ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์จากด้านล่าง ซึ่งหมายความว่าความร้อนที่เกิดจากทรานซิสเตอร์เป็นแหล่งความร้อนจะกระจายไปโดยตรง ไมโครแชนเนลสัมผัสโดยตรงกับทรานซิสเตอร์ในชิป ซึ่งสร้างการเชื่อมต่อที่ดีขึ้นระหว่างแหล่งความร้อนและช่องระบายความร้อน กิ่งก้านสามมิติของช่องระบายความร้อนยังมีส่วนช่วยในการกระจายน้ำหล่อเย็นและลดแรงดันที่จำเป็นสำหรับการไหลเวียนของน้ำหล่อเย็น

การทดสอบเบื้องต้นของระบบทำความเย็นแสดงให้เห็นว่าสามารถกระจายความร้อนได้มากกว่า 1.7 กิโลวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร และมีกำลังปั๊มเพียง 0.57 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งน้อยกว่าพลังงานที่จำเป็นสำหรับช่องระบายความร้อนด้วยการกัดภายนอกอย่างมาก "ความสามารถในการทำความเย็นที่สังเกตได้เกินหนึ่งกิโลวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับการปรับปรุงประสิทธิภาพในการระบายความร้อนภายนอก 50 เท่า" นักวิจัยกล่าว

การระบายความร้อนด้วยไมโครชิปในตัวมีข้อดีอีกประการหนึ่ง: ราคาถูกกว่าหน่วยทำความเย็นที่เพิ่มภายนอก เนื่องจากไมโครแชนเนลและวงจรชิปทำความเย็นสามารถนำไปใช้กับเซมิคอนดักเตอร์ในการผลิตได้โดยตรง ต้นทุนการผลิตจึงต่ำลง ไมโครชิประบายความร้อนภายในนี้จะทำให้ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตมีขนาดกะทัดรัดและประหยัดพลังงานมากขึ้น