Şirkət mütəxəssisləri VLSI Simpozium konfransında TSMC maye soyutma sistemini birbaşa çipə inteqrasiya etmək vizyonunu təqdim etdilər. Mikrosxemlərin soyudulması üçün oxşar həll gələcəkdə, məsələn, kilovat istilik tez-tez çıxarılması lazım olan məlumat mərkəzlərində tətbiq tapa bilər.
Çiplərin içərisində tranzistorların sıxlığının artması və bir neçə təbəqəni birləşdirən 3D-layoutun istifadəsi ilə onların effektiv soyudulmasının mürəkkəbliyi də artır. TSMC mütəxəssisləri hesab edirlər ki, gələcəkdə həllər perspektivli ola bilər, ona görə soyuducu maye mikrokanalları çipin özünə inteqrasiya olunacaq. Nəzəri cəhətdən maraqlı səslənir, amma praktikada bu ideyanın həyata keçirilməsi böyük mühəndislik səyləri tələb edir.
TSMC-nin məqsədi prosessor sahəsinin kvadrat millimetrindən 10 vatt istilik ötürməyə qadir olan maye soyutma sistemi hazırlamaqdır. Beləliklə, 500 mm² və daha çox sahəsi olan çiplər üçün şirkət 2 kVt istilik çıxarmağı hədəfləyir. Problemi həll etmək üçün TSMC bir neçə yol təklif etdi:
- DWC (Direct Water Cooling): maye soyutma mikrokanalları kristalın özünün yuxarı qatında yerləşir.
- OX TIM ilə Si Qapaq: maye soyutma mikrokanallarla ayrıca təbəqə kimi əlavə olunur, təbəqə OX (Silicon Oxide Fusion) vasitəsilə istilik interfeysi Termal İnterfeys Materialı (TIM) kimi əsas kristalla birləşdirilir.
- LMT ilə Si Qapaq: OX təbəqəsi əvəzinə maye metal istifadə olunur
Hər bir üsul, temperatur sensorları ilə təchiz edilmiş 540 mm² səth sahəsi və ümumi kristal sahəsi 780 mm² olan xüsusi TTV (Termal Test Vasitəsi) mis test hüceyrəsi ilə sınaqdan keçirilmişdir. TTV enerji verən bir substrata quraşdırılmışdır. Dövrədəki mayenin temperaturu 25 ° C idi.
TSMC-yə görə, ən təsirli üsul Birbaşa Su Soyutmadır, yəni mikrokanallar kristalın özündə yerləşdikdə. Bu üsuldan istifadə etməklə şirkət 2,6 kVt-lıq istiliyi aradan qaldıra bilib. Temperatur fərqi 63 ° C idi. OX TIM metodundan istifadə edildiyi təqdirdə, 2,3 ° C temperatur fərqi ilə 83 kVt ayrılmışdır. Laylar arasında maye metaldan istifadə üsulu daha az təsirli olduğunu sübut etdi. Bu halda, 1,8 ° C fərqlə yalnız 75 kVt-ni çıxarmaq mümkün idi.
Şirkət qeyd edir ki, istilik müqaviməti mümkün qədər aşağı olmalıdır, lakin əsas maneə məhz bu aspektdə görünür. DWC metodu üçün hər şey silikon və maye arasında keçidə əsaslanır. Kristalın ayrı-ayrı təbəqələri vəziyyətində daha bir keçid əlavə edilir ki, bu da OX təbəqəsi tərəfindən ən yaxşı şəkildə idarə olunur.
Silikon təbəqədə mikrokanallar yaratmaq üçün TSMC eni 200-210 mikron və dərinliyi 400 mikron olan kanallar yaradan xüsusi almaz kəsicidən istifadə etməyi təklif edir. 300 mm-lik substratlarda silikon təbəqənin qalınlığı 750 μm-dir. Aşağı təbəqədən istilik köçürməsini asanlaşdırmaq üçün bu təbəqə mümkün qədər nazik olmalıdır. TSMC müxtəlif növ borulardan istifadə edərək bir sıra sınaqlar keçirdi: istiqamətli və kvadrat sütunlar şəklində, yəni borular iki perpendikulyar istiqamətdə hazırlanır. Boruların istifadəsi olmadan bir təbəqə ilə də müqayisə aparıldı.
Boruları olmayan bir səthdən istilik enerjisinin yayılmasının məhsuldarlığı qeyri-kafi idi. Bundan əlavə, soyuducu axınının artması ilə belə çox yaxşılaşmır. İki istiqamətdə kanallar (Kvadrat Sütun) ən yaxşı nəticə verir, sadə mikrokanallar əhəmiyyətli dərəcədə daha az istilik çıxarır. Birincinin ikincidən üstünlüyü 2 dəfədir.
TSMC gələcəkdə kristalların birbaşa maye soyudulmasının tamamilə mümkün olduğuna inanır. Artıq çipdə metal radiator quraşdırılmayacaq, maye birbaşa silikon təbəqədən keçərək kristalı birbaşa soyudacaq. Bu yanaşma çipdən bir neçə kilovat istilik çıxarmağa imkan verəcəkdir. Ancaq bu cür həllərin bazarda görünməsi üçün vaxt lazımdır.
Həmçinin oxuyun:
- Yapon tədqiqatçılar yeni nəsil çiplərə yol açıblar
- Çip sənayesi TSMC-dən təhlükəli dərəcədə asılıdır