チップ液体冷却サーマルソリューション

トランジスタ密度を上げるとチップの消費電力は減りますが、トランジスタ密度が高いと熱が集中し、放熱の問題も無視できません。 高性能チップの熱放散は、企業を含むすべての人を常に悩ませてきました。 従来の空冷と空調の組み合わせに加えて、液体冷却も非常に効率的な選択肢です。 ただし、空調と空冷は膨大なエネルギー消費をもたらします。 マイクロソフトは、熱放散の効率を向上させるために、データセンターサーバーを海に配置することを選択しました。

チップに液体冷却を設置することの難しさは、液体チャネルをチップの設計に直接統合することです。 研究者たちは、将来の解決策はサンドイッチ回路の間に水を流すことだと信じています。 シンプルに聞こえますが、実際に操作するのは非常に困難です。 現在、熱放散のための非導電性液体への浸漬は、スタッキング技術を使用するチップには非常に有用ですが、従来のチップでこの技術を使用すると、非常に高価になり、大量生産を実現するのが困難になります。

TSMCは、3つの異なるシリコンチャネルを提案し、関連するシミュレーションテストを実施しました。 最初の直接水冷方式では、水は独自の循環チャネルを持ち、チップに直接エッチングされます。 2つ目は、水チャネルがチップ上部のシリコン層にエッチングされ、oxの熱界面材料（TIM）層（酸化ケイ素融合）を使用して、チップから水冷層に熱を伝達することです。 最後の1つは、熱界面材料層を単純で安価な液体金属に置き換えることです。 効果の面では、最初の方法が最良であり、2番目の方法が2番目です。

チップ液の冷却は、将来の半導体の熱放散を解決するための重要な方向性です。 結局のところ、将来の高密度トランジスタと3Dパッケージング技術により、チップが平面から3次元に熱くなり、熱がより集中するだけでなく、多層スタッキングによって熱伝達がより困難になります。 ますます集中する熱放散の問題に直面して、チップの水冷と熱放散のスキームは、チップの熱の問題を解決するための良い方法かもしれません。