Zwitserse onderzoekers integreren waterkoeling ín een chip

12 reacties

Wetenschappers van een Zwitserse universiteit genaamd École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hebben in het wetenschappelijke blad Nature bekendgemaakt dat ze een bijzondere manier hebben ontdekt om een chip te koelen. Ze hebben namelijk waterkoeling ín een chip weten te integreren.

Normaal gesproken zit er bij halfgeleidertoepassingen vaak eerst een heatspreader op de processor, met daarbovenop de cold plate van de waterkoeler. Dat zorgt ervoor dat de van de transistoren afkomstige warmte een lange weg af moet leggen om de waterkoeler zelf te bereiken. De nieuwe manier moet het mogelijk maken om de inefficiëntie die deze lange weg veroorzaakt flink te verminderen. Dat is iets wat hard nodig blijkt te zijn: de vertragende wet van Moore heeft als één van de oorzaken dat het vermogen per vierkante millimeter toe blijft nemen.

De onderzoekers hebben bewezen dat met hun koelmethode tot 1,7 kilowatt aan warmte per vierkante centimeter verplaatst kan worden, waarbij slechts 0,57 watt aan energie verbruikt wordt om het water te verplaatsen. Om dit te bereiken is niet gebruikgemaakt van een chip van silicium, waar de meeste chips van gemaakt worden. In plaats daarvan is een chip van galliumnitride gebruikt, die veelal ingezet worden bij stroomconversie. De meerste GaN-chips worden gemaakt op een siliciumsubstraat, zo ook het prototype.

Als eerste zijn er sneeën in de laag galliumnitride geëtst, waarna een tweede techniek een bredere sleuf maakte in de siliciumlaag eronder. De gaten die ontstonden in het GaN zijn dichtgemaakt met koper, wat ook dienstdoet als overdrachtsmateriaal van de hitte van de chip naar het water. Het koude water gaat zo via de onderkant naar binnen, waarna het zijwaarts door de (veel kleinere) kanaaltjes naar boven wordt gestuwd, waar de hitteproducerende delen van de chip zitten. Eenmaal opgewarmd verlaat het water aan de andere kant het kanaal weer en wordt het afgevoerd door het grotere kanaal.

Met deze opstelling moet de chiptemperatuur slechts een derde graad Celcius stijgen voor elke watt aan warmte die het afvoert. De warmtetolerantie zou met 60 graden Celcius moeten stijgen, wat zorgt voor een afvoercapaciteit van het testobject tot 176 watt kon zijn bij een snelheid van minder dan een millimeter per seconde. Het verhogen van deze snelheid zal natuurlijk zorgen voor een hogere afvoercapaciteit.

De auteurs schatten dat 30% van alle energie die datacentra verbruiken voor het koelsysteem bestemd zijn. Als alle chips (en niet alleen chips bedoeld voor de stroomvoorziening) worden aangepast voor deze technologie, dan kan dat het verbruik van koelers verminderen tot minder dan een procent van het huidige verbruik. Bovendien is het niet alleen goed voor het verminderen van het 'koelverbruik', ook moeten extreme prestaties en extreem hoge efficiënties een stuk toegankelijker worden. Normaal gesproken worden chips op een hogere temperatuur minder efficiënt, waardoor je ten alle tijden de chip zo koel mogelijk wilt houden. Een extreem stroomverbruik hoeft in de toekomst dus niet meer op extreem inefficiënte manieren gekoeld te worden.

Bronnen: Ars Technica, Nature

« Vorig bericht Volgend bericht »
0
*