«Капельное орошение» позволяет чипам работать в шесть раз интенсивнее

С тех самых пор, когда в 1904 г. была изобретена первая вакуумная лампа, тепло стало главным бедствием для электроники. Именно из-за необходимости как-то избавляться от него, старые радиоприемники напоминали по конструкции мебель, а первые компьютеры занимали целые комнаты. Каждый вентиль в них представлял собой лампу накаливания, для охлаждения которой требовалась циркуляция воздуха.

Даже теперь, после столетия борьбы с этой проблемой, генерируемое микроэлектронными устройствами тепло уменьшает сроки и эффективность их эксплуатации. И, к сожалению, с миниатюризацией чипов становится все труднее избавляться от него традиционными методами – с помощью вентиляторов, радиаторов или систем водяного охлаждения.

«Контролируя тепло, можно обойтись меньшим количеством чипов, а значит использовать меньше материала, то есть сэкономить на цене, уменьшить габариты и вес системы. Можно также оставить прежнее количество чипов, но добиться повышения производительности», – комментирует Джон Дитри (John Ditri), сотрудник корпорации Lockheed Martin, принимающий участие в программе ICECool.

Целью инициативы Inter/Intra Chip Enhanced Cooling (ICECool) агентства DARPA является создание принципиально новых систем охлаждения, которые можно было бы встраивать в сами микросхемы. Команда Lockheed рассчитывает осуществить это с помощью разрабатываемой ею технологии «микрожидкостного охлаждения», в которой для отвода тепла используются микроскопические капли воды.

В настоящее время инженеры Lockheed завершили второй этап (Phase II) реализации данного проекта. В ходе первой фазы капли воды внедрялись в мощные радиочипы. Было продемонстрировано, что микрокапли способны отводить тепловой поток в 1 кВт/см2 от подложки с многочисленными локальными горячими зонами (30 кВт/см2). Для сравнения, стандартный режим эксплуатации коммерческих чипов предполагает в 4-5 раз меньшее тепловыделение.

В Phase II, коллектив Lockheed опробовал созданную технологию на мощных радиочастотных усилителях. Они добились шестикратного увеличения выходной мощности сигнала, при этом температура устройства была ниже, чем при работе в обычном режиме с традиционным охлаждением.

Теперь авторы приступили к построению полнофункционального прототипа передающей антенны с микрожидкостным охлаждением. Помимо этого, Lockheed с американским производителем полупроводниковой техники Qorvo работает над интеграцией своей системы в чипы на основе нитрида галлия, а впоследствии и арсенида галлия.

В конечном итоге, отлаженная микрожидкостная технология охлаждения, по прогнозам представителей Lockheed, кстати, крупнейшего представителя ВПК США, вполне логично найдет применение в средствах электронной войны, в радарах, а также в высокопроизводительных компьютерах и серверах.