IBM締造未來(lái)芯片冷卻技術(shù)，向功耗和散熱發(fā)出挑戰(zhàn)宣言！

【導(dǎo)讀】IBM締造未來(lái)芯片冷卻技術(shù)，向功耗和散熱發(fā)出挑戰(zhàn)宣言！  
    由于具有100W/cm2的功率密度，今天的計(jì)算機(jī)芯片溫度已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)的加熱板的10倍。因此，硅電路的冷卻就成為日益重要的問(wèn)題。未來(lái)的芯片將達(dá)到更高的功率密度，如果不進(jìn)行冷卻，這一密度會(huì)產(chǎn)生高達(dá)6000攝氏度的表面溫度。  

    IBM蘇黎世實(shí)驗(yàn)室的研究人員近日發(fā)布了半導(dǎo)體芯片冷卻技術(shù)方面取得重大進(jìn)展?？茖W(xué)家們的靈感來(lái)自于樹葉和人體身上水分自然消耗的方式。在倫敦的BroadGroup功率和冷卻高峰論壇(BroadGroup Power and Cooling Summit)上，IBM提出了一種用于改進(jìn)芯片散熱的方案。這種“高熱傳導(dǎo)界面技術(shù)(high thermal conductivity interface technology)”使散熱效果比現(xiàn)有的方法有效兩倍。根據(jù)這一技術(shù)的整體藍(lán)圖，在第一個(gè)實(shí)施階段的一系列生產(chǎn)中，這一技術(shù)旨在為芯片封裝與包括散熱片在內(nèi)的用于吸熱的組件之間提供更好的熱接觸。  

    IBM研究人員采用的設(shè)計(jì)借用了生物學(xué)的原理。例如樹葉、樹根或人類的循環(huán)系統(tǒng)，自然界中這樣的分級(jí)管道系統(tǒng)不勝枚舉。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些系統(tǒng)能以很少的能量就能滿足龐大身軀的需要。  
    
    研究人員開發(fā)了一種在其表面有樹狀分枝通道的芯片罩。IBM稱，與現(xiàn)在的方案相比，這一模式被設(shè)計(jì)成當(dāng)壓力被施加時(shí)，用于改進(jìn)芯片封裝與散熱片之間熱接觸的漿料就會(huì)更平整地?cái)U(kuò)散，使整個(gè)芯片上的壓力保持一致，從而使得壓力減半的同時(shí)，受壓均勻，通過(guò)界面的熱傳送性能也比以前強(qiáng)十倍。  

    然而研究人員也得出這樣的結(jié)論：目前的冷卻技術(shù)，尤其是用空氣作為從芯片帶走熱量的媒介—就當(dāng)代的電子產(chǎn)品而言—實(shí)質(zhì)上已經(jīng)達(dá)到了它們的極限。而且用于冷卻計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能量正逼近用于計(jì)算的功耗，因此整個(gè)功耗預(yù)算幾乎翻番。  

    “從獨(dú)立晶體管到數(shù)據(jù)中心，冷卻技術(shù)都是一個(gè)全盤的挑戰(zhàn)。通過(guò)強(qiáng)大的技術(shù)使芯片處于所要求的冷卻狀態(tài)，將是對(duì)付功耗和散熱問(wèn)題的關(guān)鍵，”IBM蘇黎世實(shí)驗(yàn)室高級(jí)熱封裝研究小組的經(jīng)理Bruno Michel如是說(shuō)。  

    IBM的第二步實(shí)施計(jì)劃就與此有關(guān)。蘇黎世研究人員甚至深化了他們對(duì)分枝通道設(shè)計(jì)的概念，并且現(xiàn)正開發(fā)他們稱用于水冷的一種頗具前景的方法，所謂的噴射沖擊法是在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中將水噴射到芯片的背面并再次把水吸掉，這一系統(tǒng)采用具有一個(gè)達(dá)5萬(wàn)微噴管的陣列及一個(gè)復(fù)雜的樹狀分支返回架構(gòu)。  

    研究小組還展示了用水作為散熱劑、散熱功率密度達(dá)370W/cm2的散熱技術(shù)，散熱能力是目前75W/cm2空氣散熱技術(shù)極限的6倍。同時(shí)研究人員稱，與其它的散熱系統(tǒng)相比，這一系統(tǒng)的能耗大大減少。然而，這一系統(tǒng)的行業(yè)應(yīng)用還要等上幾年。  

    IBM正幾家芯片供應(yīng)商保持緊密接觸以授權(quán)該技術(shù)的，一家公司發(fā)言人稱。在第一實(shí)施階段，采用熱傳導(dǎo)漿料，下一代的芯片有望在一年內(nèi)面市。