引:这个被IBM称为“高热传导界面技术(high thermal conductivity interface technology)”的新发明将为现有的散热方案提供数倍左右的效率提升。一旦实施,该技术将为制造更强大的芯片扫平道路,因为人们不用再安装复杂昂贵的散热系统了。
IBM“高热传导界面技术”
在BroadGroup功耗和冷却峰会上,IBM公布了一项革命性的电脑芯片散热解决方案。
随着芯片功能的日渐强大,对散热的要求也越来越高,如何有效地解决这一问题也成了目前行业发展关注的焦点。这个被IBM称为“高热传导界面技术(high thermal conductivity interface technology)”的新发明将为现有的散热方案提供数倍左右的效率提升。一旦实施,该技术将为制造更强大的芯片扫平道路,因为人们不用再安装复杂昂贵的散热系统了。
根据摩尔定律,芯片的发展会越来越快,而芯片的散热问题也开始不断地困扰设计者和电子产品的生产厂商。为了解决这个问题,IBM苏黎世研究实验室尝试了多种方案,今天要介绍的就是其中较为成功的一种。
通过使用精细的微型化技术,IBM 开发了一种芯片“帽子”,它的表面布满了树状结构的层级管道。当压力增加时,这种结构可以使导热胶分布得更加均匀,并且平均压力有望减小到之前的一半,而芯片表面的散热效率将增大10倍。
这种独特又有效的散热方式来自于生物科学。自然界中可以找到很多拥有层级管道的系统,而这些系统大多具有多重层叠结构,比如植物的树叶、根须或者是人体的循环代谢系统。比纳米级别大得多的各类器官中,这些系统是非常重要的组成部分。古代的灌溉系统也利用了相同的原理。
展示的原型系统只是IBM研发部门为下一代以及未来的计算机系统提供的散热解决方案中的一部分。
社会发展需要人们生产功能更强大的芯片,而日渐突出的散热问题已经严重制约了芯片的性能。当今的高性能芯片生产的热量已经达到了每平方厘米100瓦。未来的芯片可能会产生更高的热量,人们预计如果不采用有效的散热手段,芯片的温度甚至可以和太阳表面一样高,也就是说会达到不可思议的6000度。目前的散热方式主要是风冷散热,也就是利用风扇送走聚集在散热片上的热量,这个方法目前已经达到了它的极限。更糟糕的事情就是,目前散热风扇本身的电能消耗已经快赶上处理器处理数据时的电能消耗了,这无疑使散热问题更加雪上加霜。
“不论对于个人用户还是大型的数据中心,散热问题始终是最大的挑战。”
意识到风冷散热已经达到极限后,苏黎世实验室拿出了树状层级管道设计并且为水冷散热提供了一种新式的解决方案——直接喷射冲击冷却。这个系统由一个庞大的喷嘴阵列组成,具有完全封闭的特性。共有5万多个微型喷嘴会将水流喷射到芯片的背面,然后再利用树型结构的管道迅速将水分回收。
由于这是一个完全封闭的系统,所以人们无需担心参与散热的水流会对芯片上的电子元件造成破坏。
实验室的第一个成果相当引人注目。小组已经成功地为功耗密度为370瓦每平方厘米的芯片实施了散热方案,这业已超出现有散热水平的6倍。目前风冷散热最高只能为75瓦每平方厘米的芯片提供散热。而且这个装置的耗电量比现有的风冷装置都要低。

IBM高热传导界面散热系统
为了更好地传导热量,一些黏度很高的导热硅胶被涂抹在芯片和芯片帽之间。利用树状层级管道,这个架构允许导热硅胶能够最大限度地均匀铺排,而且铺排的厚度可以小于10微米。只需平时力量的二分之一就可以实现散热面积的翻倍。
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