Mga espesyalista sa kumpanya sa kumperensya ng VLSI Symposium TSMC ipinakita ang kanilang pananaw sa pagsasama ng isang likidong sistema ng paglamig nang direkta sa chip. Ang isang katulad na solusyon para sa paglamig ng mga microcircuits ay maaaring makahanap ng aplikasyon sa hinaharap, halimbawa, sa mga sentro ng data, kung saan ang mga kilowatt ng init ay madalas na kailangang alisin.
Sa paglaki ng density ng mga transistor sa loob ng mga chips at ang paggamit ng 3D-layout na pinagsasama ang ilang mga layer, ang pagiging kumplikado ng kanilang epektibong paglamig ay tumataas din. Naniniwala ang mga eksperto sa TSMC na sa hinaharap, ang mga solusyon ay maaaring may pag-asa, ayon sa kung aling mga cooling liquid microchannels ang isasama sa chip mismo. Mukhang kawili-wili ito sa teorya, ngunit sa pagsasagawa, ang pagpapatupad ng ideyang ito ay nangangailangan ng napakalaking pagsisikap sa engineering.
Ang layunin ng TSMC ay bumuo ng isang liquid cooling system na may kakayahang mag-dissipate ng 10 watts ng init mula sa square millimeter ng processor area. Kaya, para sa mga chip na may sukat na 500 mm² at higit pa, nilalayon ng kumpanya na alisin ang 2 kW ng init. Upang malutas ang isyu, nag-aalok ang TSMC ng ilang paraan:
- DWC (Direktang Paglamig ng Tubig): ang mga microchannel na pampalamig ng likido ay matatagpuan sa itaas na layer ng mismong kristal
- Si Lid na may OX TIM: ang likidong paglamig ay idinagdag bilang isang hiwalay na layer na may mga microchannel, ang layer ay konektado sa pangunahing kristal sa pamamagitan ng OX (Silicon Oxide Fusion) bilang isang thermal interface Thermal Interface Material (TIM)
- Si Lid na may LMT: likidong metal ang ginagamit sa halip na ang layer ng OX
Ang bawat pamamaraan ay nasubok gamit ang isang espesyal na TTV (Thermal Test Vehicle) na tansong test cell na may ibabaw na lugar na 540 mm² at isang kabuuang kristal na lugar na 780 mm², na nilagyan ng mga sensor ng temperatura. Ang TTV ay naka-mount sa isang substrate na nagbibigay ng kapangyarihan. Ang temperatura ng likido sa circuit ay 25°C.
Ayon sa TSMC, ang pinaka-epektibong paraan ay Direct Water Cooling, iyon ay, kapag ang mga microchannel ay matatagpuan sa mismong kristal. Gamit ang pamamaraang ito, nagawang alisin ng kumpanya ang 2,6 kW ng init. Ang pagkakaiba ng temperatura ay 63°C. Sa kaso ng paggamit ng pamamaraang OX TIM, 2,3 kW ang inilaan na may pagkakaiba sa temperatura na 83°C. Ang paraan ng paggamit ng likidong metal sa pagitan ng mga layer ay napatunayang hindi gaanong epektibo. Sa kasong ito, posible na alisin lamang ang 1,8 kW na may pagkakaiba na 75°C.
Sinabi ng kumpanya na ang thermal resistance ay dapat na mas mababa hangga't maaari, ngunit nasa aspetong ito na nakikita ang pangunahing balakid. Para sa paraan ng DWC, ang lahat ay nakasalalay sa paglipat sa pagitan ng silikon at likido. Sa kaso ng magkahiwalay na mga layer ng kristal, isa pang paglipat ang idinagdag, na pinakamahusay na pinangangasiwaan ng layer ng OX.
Upang lumikha ng mga microchannel sa layer ng silicon, iminumungkahi ng TSMC ang paggamit ng isang espesyal na pamutol ng brilyante na lumilikha ng mga channel na may lapad na 200-210 microns at lalim na 400 microns. Ang kapal ng silicon layer sa 300 mm substrates ay 750 μm. Ang layer na ito ay dapat na kasing manipis hangga't maaari upang mapadali ang paglipat ng init mula sa ibabang layer. Ang TSMC ay nagsagawa ng isang bilang ng mga pagsubok gamit ang iba't ibang uri ng mga tubule: itinuro at sa anyo ng mga parisukat na haligi, iyon ay, ang mga tubule ay ginawa sa dalawang patayo na direksyon. Ang isang paghahambing ay ginawa din sa isang layer na walang paggamit ng mga tubules.
Ang pagiging produktibo ng dissipating thermal power mula sa isang ibabaw na walang tubules ay hindi sapat. Bilang karagdagan, hindi ito bumubuti nang malaki kahit na may pagtaas sa daloy ng coolant. Ang mga channel sa dalawang direksyon (Square Pillar) ay nagbibigay ng pinakamahusay na resulta, ang mga simpleng microchannel ay nag-aalis ng mas kaunting init. Ang bentahe ng una sa huli ay 2 beses.
Naniniwala ang TSMC na ang direktang likidong paglamig ng mga kristal ay posible sa hinaharap. Ang isang metal na radiator ay hindi na mai-install sa chip, ang likido ay direktang dadaan sa layer ng silikon, direktang pinapalamig ang kristal. Ang diskarte na ito ay magpapahintulot sa ilang kilowatts ng init na alisin mula sa chip. Ngunit kakailanganin ng oras para lumitaw ang mga naturang solusyon sa merkado.
Basahin din:
- Ang mga mananaliksik ng Hapon ay nagbukas ng daan sa isang bagong henerasyon ng mga chips
- Ang industriya ng chip ay mapanganib na umaasa sa TSMC