A equipe de pesquisa do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) desenvolveu com sucesso uma tecnologia de resfriamento líquido ultraeficiente integrada ao chip.Esta tecnologia ainda pode controlar a temperatura do núcleo do chip dentro de 100°C sob condições extremas de aquecimento de 2.000 W/cm², e o coeficiente de desempenho de resfriamento (COP) atinge 106.000.É dez vezes o melhor registro do mundo (cerca de 10.000) publicado na revista "Nature" em 2020 e requer apenas 1/10 do consumo de energia de bombeamento das soluções tradicionais de resfriamento de ponta.
A principal inovação desta tecnologia é incorporar microcanais resfriados a líquido em nível de mícron com um diâmetro muito menor que um fio de cabelo humano diretamente no chip semicondutor de silício para obter uma integração integrada da estrutura de dissipação de calor e do corpo do chip.
A chave para realmente ampliar a lacuna está no redesenho da estrutura do manifold microchannel (MMC). Na tecnologia tradicional de dissipação de calor por microcanais, o refrigerante precisa fluir através de todo o microcanal do chip, de uma extremidade à outra, para completar a troca de calor. Um caminho de fluxo excessivamente longo aumenta muito a resistência, requer maior potência de bombeamento, alto consumo de energia e dissipação desigual de calor.
A este respeito, a KAIST projetou uma nova estrutura de derivação múltipla para reconstruir a lógica de circulação do refrigerante. O refrigerante é distribuído uniformemente através de vários conjuntos de canais de entrada distribuídos. Depois que a troca de calor é concluída, o refrigerante é reciclado uniformemente através de vários canais de saída para formar uma rede de circulação de dissipação de calor distribuída e de caminho curto.
Sob este projeto, a distância do fluxo do refrigerante em um único canal de fluxo é bastante reduzida e a resistência do fluido e a pressão de bombeamento são significativamente reduzidas. Ao mesmo tempo, o refrigerante cobre uniformemente todo o chip para evitar superaquecimento local.
Concentrando-se nos parâmetros principais, como largura, altura, quantidade de arranjo, método de layout e taxa de fluxo de refrigerante dos microcanais, a equipe construiu uma estrutura de otimização multifidelidade. Primeiro, ele examinou um grande número de planos de projeto básicos por meio de um modelo unidimensional para eliminar rapidamente estruturas ineficientes e, em seguida, contou com simulação de alta precisão para ajustar soluções de alta qualidade.
Este modelo de P&D em camadas rompe o gargalo do design tradicional de dissipação de calor, que é limitado pelo poder de computação e não pode passar por soluções massivas, e simultaneamente alcança a otimização colaborativa dos três principais indicadores de desempenho de dissipação de calor, queda de pressão do fluido e uniformidade de temperatura do chip.
Em termos de praticidade,Toda a solução não requer processos complexos, como refrigeração por mudança de fase ou modificação de nano-superfícies, nem depende de materiais especiais de dissipação de calor de alto preço, como o diamante. Ele usa apenas água comum em temperatura normal como meio de resfriamento, reduzindo significativamente os custos de construção, operação e manutenção.
A temperatura do processo de preparação de microcanais integrados ao chip é inferior a 350°C, o que é totalmente compatível com os atuais processos convencionais de fabricação de produção em massa de semicondutores. Não há necessidade de realizar transformações em grande escala nas linhas de produção existentes ou adicionar equipamentos caros.
Seus cenários de aplicação abrangem muitos campos de ponta, como chips de aceleração de IA, sistemas de computação de alto desempenho, embalagens tridimensionais de semicondutores, dispositivos eletrônicos de potência e equipamentos eletrônicos militares de precisão.