Охолодження парою, вбудованою в гарячі чіпи

Дослідники з Японії показали, як мікрофлюїдичні канали, вбудовані в AI-процесори та GPU, можуть забезпечити значне охолодження за допомогою двофазного підходу. Команда з Інституту промислової науки при Токійському університеті використовувала мікроканали, вбудовані безпосередньо в сам чіп. Цими каналами тече вода, ефективно поглинаючи та відводячи тепло від джерела за допомогою двофазного охолодження.

Сучасні мікрофлюїдичні технології обмежені тепломісткістю води. Використання прихованої теплоти фазового переходу води, яка являє собою теплову енергію, що поглинається при кипінні або випаровуванні, забезпечує в сім разів більше охолодження.

«Використовуючи приховану теплоту води, можна домогтися двофазного охолодження, що призведе до значного підвищення ефективності тепловіддачі», - говорить дослідник Хонюань Ши (Hongyuan Shi). "Однак при цьому виникає проблема управління потоком парових бульбашок, коли вода перетворюється на пару. Максимальна ефективність теплопередачі залежить від безлічі чинників, включно з геометрією мікроканалів, регулюванням двофазного потоку та опором потоку".

У розробленій командою системі водяного охолодження використовуються тривимірні мікрофлюїдичні канали з капілярною структурою і розподільним шаром колектора. Дослідники розробили та виготовили капіляри різної геометрії та вивчили їхні властивості в різних умовах.

Колектори мають двоступеневу конструкцію потоку. Охолоджувальна рідина надходить у просторі канали колектора, потім змушена текти вузькими мікроканалами в контакті з поверхнею, що нагрівається, і виходить через інший канал колектора. Структура колекторів контролює розподіл охолоджувальної рідини в мікроканалі.

Фахівці порівняли кипіння потоку між мікроканалом діаметром ∼33 мкм без колектора і чотирма зразками з ідентичними мікроканалами та різними колекторами (гідравлічний діаметр ∼240 мкм), щоб оцінити ефективність охолодження. Довжина мікроканалів становить 2700 мкм, глибина - 100 мкм, а ширина - 20 мкм.

Вони виявили, що геометрія мікроканалів і каналів колектора, які керують розподілом охолоджувальної рідини, впливають на теплові та гідравлічні характеристики системи.

Відношення корисної потужності охолодження до споживаної енергії, зване коефіцієнтом корисної дії, досягає 100 000, що значно більше, ніж у традиційних методів охолодження.

«Теплове управління потужними електронними пристроями має вирішальне значення для розвитку технологій наступного покоління, і наша розробка може відкрити нові шляхи для досягнення необхідного охолодження», - каже Масахіро Номура (Masahiro Nomura) з Інституту.

Мікроканали можуть бути витравлені в кремнії та приклеєні до задньої панелі чипа, при цьому мікроканали будуть спрямовані на «гарячі точки» в AI-чипах, щоб забезпечити більш ефективне охолодження в дата-центрах AI.

Kingston повертається у «вищу лігу» серверних NVMe SSD