チップ用液体冷却サーマルソリューション

トランジスタ密度の増加により、チップの消費電力が削減されますが、トランジスタの密度が高くなると、熱がより集中し、熱放散の問題が無視できなくなります。 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、空調と空冷は莫大なエネルギー消費をもたらします。 Microsoft は、熱放散の効率を向上させるために、データ センター サーバーを海に入れることを選択しました。

チップに液体冷却を取り付けることの難しさは、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を水が流れるようにすることだと考えています。 簡単そうに見えて、実際に操作するのは非常に難しい。 現在、放熱のための非導電性液体への浸漬は、積層技術を使用するチップにとって非常に有用ですが、この技術を従来のチップに使用すると、非常に高価になり、大量生産を達成することが困難になります。

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、水路がチップ上部のシリコン層までエッチングされ、熱界面材料（TIM）層（酸化シリコン融合）がチップから水冷層に熱を伝達するために使用されることです。 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。 効果の点では、最初の方法が最も良く、2 番目の方法が 2 番目です。

チップの液体冷却は、将来の半導体の放熱を解決するための重要な方向性です。 結局のところ、将来のより高密度のトランジスタと 3D パッケージング テクノロジにより、チップの熱が平面から 3 次元に変化し、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、チップの水冷および熱放散スキームは、チップの熱問題の問題を解決するための良い方法かもしれません。