211service.com
Dzesēšanas mikroshēmas ar termoelektriķiem
Ja jūs varētu noņemt datora shēmu slāņus un pieskarties galvenajam procesoram, kamēr tas atskaņo video, jūs sajustu tā karstumu, kas var pārsniegt 100 °C. Šāds karstums, kas ir dabisks blakusprodukts, kas rodas elektronu pārvietošanai caur tranzistoriem, var kavēt veiktspēju un pat sabojāt procesoru ilgtermiņā. Tradicionāli inženieri ir izmantojuši vienkāršas vara plāksnes, lai noņemtu siltumu, un ventilatorus vai dzesēšanas sistēmas uz šķidruma bāzes. Taču šīs sistēmas ir apjomīgas un var izsmelt enerģiju.
Čipsu atdzesēšana: Iepriekš parādītais termoelektriskais dzesētājs (zelta kvadrāts centrā) ir piestiprināts pie vara plāksnes, ko izmanto, lai izplatītu siltumu prom no skaidu karstajiem punktiem.
Tagad pētnieki no Intel, Ziemeļkarolīnas RTI International un Arizonas State University ir parādījuši, ka ir iespējams izveidot efektīvu mikroledusskapi, kas var mērķēt uz mikroshēmu karstajiem punktiem, ietaupot enerģiju un vietu, kā arī efektīvāk atdzesēt visu sistēmu. Viņu darbs arī pirmo reizi parāda, ka ir iespējams integrēt termoelektrisko materiālu mikroshēmu iepakojumā, padarot tehnoloģiju praktiskāku nekā jebkad agrāk. Tikko tika publicēts papīrs, kurā detalizēti aprakstīts pētījums Dabas nanotehnoloģijas .
Pamattehnoloģija, ko izmanto mikroshēmas atdzesēšanai, termoelektriskais dzesētājs, nav jauna, skaidro Rama Venkatasubramanian , RTI International Cietvielu enerģētikas centra vecākais zinātniskais direktors. Iekšā Daba 2001. gada papīrā viņš un viņa komanda parādīja, ka materiālam, ko sauc par nanostrukturētu plānslāņa superrežģi, ir augstākas termiskās īpašības nekā citiem plāniem termoelektriskiem materiāliem: superrežģis labi vada elektrību, bet kavē siltuma plūsmu. Kad materiālam izplūst elektriskā strāva, tā temperatūra var pazemināties līdz aptuveni 55 °C.
Cilvēki ir runājuši par augstas efektivitātes termoelektrisko materiālu izmantošanu mikroshēmu karsto punktu dzesēšanai gadiem ilgi, saka Intel vadītājs Ravi Prašers. Viņš saka, ka daļa no iemesliem, kāpēc viņam un viņa kolēģiem izdevās gūt panākumus, ir tas, ka viņi izmantoja materiālu, kam ir izcilas termiskās īpašības, un viņi paļāvās uz Intel zināšanām par mikroshēmu iepakojumu, lai izveidotu integrētu termoelektrisko sistēmu, kas tika izstrādāta tā, lai tā ietilptu mikroshēmas korpusa robežas.
Lai mikroledusskapi ievietotu mikroshēmu iepakojumā, inženieri dzesētāju integrēja uz vara kvadrāta, tāpat kā to, kas jau tiek izmantots skaidu iepakojumā, lai izkliedētu siltumu. Parasti šis vara gabals atrodas ciešā saskarē ar mikroshēmu, bet pētnieki ievietoja 0,4 milimetru kvadrātveida dzesētāju starp mikroshēmu un varu. Kad mikroledusskapis tika ieslēgts, tas atdzesēja lokālo mikroshēmas reģionu par aptuveni 15 °C. Tas ir būtiski, saka Venkatasubramanian, jo vispārīgi runājot, par katru mikroshēmas temperatūras paaugstināšanos par pieciem grādiem ievērojami samazinās mikroshēmas uzticamība un veiktspēja. Demonstrācijā pētnieki izmantoja tikai vienu mikroaukstuma iekārtu, bet paredzēja izmantot trīs vai četras mikroshēmas, lai aptvertu karstākās zonas.
Tomēr veiktspēja nebija pat tuvu maksimālajam dzesēšanas daudzumam, ko spēj nodrošināt mikroledusskapis, ja tas nav aprobežots ar mikroshēmas korpusu. Mēs esam atraduši labu sniegumu, saka Venkatasubramanian, taču joprojām ir daudz izaicinājumu. Kad inženieri ievieto dzesētāju iepakojumā, ir vairāki papildu kontaktpunkti, kur dzesētājs ir savienots ar vara plāksni un iepakojuma elektroniku, viņš saka. Prašers skaidro, ka šo kontaktu termiskajiem raksturlielumiem ir nozīmīga loma dzesētāja efektivitātes samazināšanā: pati par sevi [termisko kontaktu pretestības samazināšana] ir nozīmīga pētniecības joma. Viņš saka, ka cilvēki pēta dažāda veida lodmetālus un pat oglekļa nanocaurules, lai samazinātu pretestību saskarnē, taču problēma joprojām ir jāatrisina.
Neskatoties uz, Ali Šakouri , elektrotehnikas profesors Kalifornijas Universitātē Santakrusā, ir pārsteigts par līdzšinējo darbu. Tas ir labs sasniegums, viņš saka. Ideja [ka] mikroprocesorā ir nevienmērīgs temperatūras sadalījums un ka, selektīvi atdzesējot noteiktas vietas, jūs varat veikt labāku darbu un ietaupīt enerģiju, pastāv jau kādu laiku, taču tas iepriekš nebija demonstrēts mikroshēmā. .
Shakouri atzīmē, ka, mikroprocesoru nozarei virzoties uz vairāku kodolu vai apstrādes centru izmantošanu mikroshēmā, karsto punktu problēma pasliktināsies, jo darba slodze tiek pārvietota no kodola uz kodolu, radot vairāk īslaicīgu karsto punktu. Ventilatori, ko mūsdienās izmanto daudzos datoros, nereaģē ātri vai efektīvi. Viņš saka, ka, ja jūs varētu selektīvi izmantot mikroledusskapjus daudzkodolu mikroshēmā, jūs varētu samazināt jaudu un palielināt veiktspēju.
Pētniekiem nav laika grafika komercializācijai. Patlaban, lai gan dzesētāju varētu iekļaut tradicionālajā mikroshēmu iepakojumā, tas joprojām būtu pārmērīgi dārgs. Galu galā, saka Venkatasubramanian, dzesētāja pievienošana būtībā ir pilnīgi jauna elektronikas slāņa pievienošana mikroshēmai. Viņš saka, ka, ja var atrisināt šo dzesētāju izmaksas un mērogojamību, viņš ir pārliecināts, ka tie atradīs tirgu.