CPU冷却における組み込み冷却システムのアプリケーション

データセンター、スーパーコンピューター、ラップトップのいずれであっても、チップやその他の半導体コンポーネントによって生成される大量の熱は、現代の電子製品の最大の問題の1つです。 一方では、コンポーネントのパフォーマンスと構造密度が制限されます。 一方、冷却プロセス自体は多くのエネルギーを消費し、ファンや液体冷却ポンプの冷却に使用されます。

この問題を解決するために、科学者たちはチップからクーラントへの熱伝達の効率を改善する方法を研究してきました。 たとえば、冷却システムとチップの接触面には、熱伝導率の高い金属が使用されています。 しかし、これまでのすべての方法の効率はそれほど高くなく、放熱効率の向上に伴い、放熱システムの複雑さと製造コストも飛躍的に上昇します。

現在、スイスの研究者たちは、外部冷却を必要としないチップを発明するためのより良い方法をついに発見しました。 半導体に組み込まれた微小管は、冷却液をトランジスタの周りに直接運び、チップの熱放散効果を大幅に改善するだけでなく、エネルギーを節約し、将来の電子製品をより環境に優しいものにします。 この統合冷却の製造は、前のプロセスよりも安価です。

このソリューションの原理は、チップの外側から冷却するのではなく、チップを直接内側で冷却することです。 冷却剤は、半導体材料に組み込まれた微小管を下から流れます。つまり、トランジスタが熱源として発生する熱は直接放散されます。 マイクロチャネルはチップ内のトランジスタと直接接触しており、熱源と冷却チャネルの間のより良い接続を確立します。 冷却チャネルの3次元分岐も、冷却剤の分配に寄与し、冷却剤の循環に必要な圧力を低減します。

冷却システムの予備テストでは、1平方センチメートルあたり1.7 kWを超える熱を放散でき、1平方センチメートルあたりわずか0.57ワットのポンプ出力しか放散できないことが示されています。 これは、外部エッチング冷却チャネルに必要な電力よりも大幅に少なくなります。 「観測された冷却能力は1平方センチメートルあたり1キロワットを超えています。これは、外部の熱放散の50倍の効率向上に相当します」と研究者は述べています。

統合マイクロチップ冷却には、別の利点があります。外部に追加された冷却ユニットよりも安価です。 冷却マイクロチャネルおよびチップ回路を製造中の半導体に直接導入できるため、製造コストが低くなります。 この内部冷却マイクロチップは、将来の電子製品をよりコンパクトで省エネにするでしょう。