ứng dụng hệ thống làm mát tích hợp trong làm mát CPU
Cho dù đó là trung tâm dữ liệu, siêu máy tính hay máy tính xách tay: lượng nhiệt lớn được tạo ra bởi chip và các linh kiện bán dẫn khác là một trong những vấn đề lớn nhất của các sản phẩm điện tử hiện đại. Một mặt, nó hạn chế hiệu suất và mật độ cấu trúc của các thành phần. Mặt khác, bản thân quá trình làm mát cũng tiêu tốn rất nhiều năng lượng, năng lượng này được sử dụng cho quạt giải nhiệt hoặc máy bơm làm mát bằng chất lỏng.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu các phương pháp nâng cao hiệu quả truyền nhiệt từ chip sang chất làm mát. Ví dụ, một kim loại có tính dẫn nhiệt tốt hơn được sử dụng làm bề mặt tiếp xúc giữa hệ thống làm mát và chip. Tuy nhiên, hiệu quả của tất cả các phương pháp trước đây đều không cao lắm, cùng với việc nâng cao hiệu quả tản nhiệt thì độ phức tạp và chi phí chế tạo của hệ thống tản nhiệt cũng tăng theo cấp số nhân.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu Thụy Sĩ cuối cùng đã tìm ra cách tốt hơn để phát minh ra một con chip không cần làm mát bên ngoài. Các vi ống tích hợp trong chất bán dẫn sẽ đưa chất lỏng làm mát trực tiếp xung quanh bóng bán dẫn, điều này không chỉ giúp cải thiện đáng kể hiệu quả tản nhiệt của chip mà còn giúp tiết kiệm năng lượng và làm cho các sản phẩm điện tử trong tương lai trở nên thân thiện hơn với môi trường. Việc sản xuất hệ thống làm mát tích hợp này rẻ hơn so với quy trình trước đây.
Nguyên tắc của giải pháp này là thay vì làm mát từ bên ngoài chip, chip được làm mát trực tiếp bên trong. Chất làm mát chảy qua các vi ống tích hợp trong vật liệu bán dẫn từ bên dưới, có nghĩa là nhiệt tạo ra bởi bóng bán dẫn như một nguồn nhiệt sẽ được tiêu tán trực tiếp. Kênh vi mô tiếp xúc trực tiếp với các bóng bán dẫn trong chip, thiết lập kết nối tốt hơn giữa nguồn nhiệt và kênh làm mát. Các nhánh ba chiều của kênh làm mát cũng góp phần phân phối chất làm mát và giảm áp suất cần thiết để lưu thông chất làm mát.
Thử nghiệm sơ bộ của hệ thống làm mát cho thấy nó có thể tản nhiệt hơn 1,7 kW trên mỗi cm vuông và chỉ 0. 57 watt công suất máy bơm trên mỗi cm vuông. Điều này ít hơn đáng kể so với công suất cần thiết cho các kênh làm mát khắc ngoài. Các nhà nghiên cứu cho biết: “Công suất làm mát quan sát được vượt quá một kilowatt trên mỗi cm vuông, tương đương với việc cải thiện hiệu quả gấp 50 lần so với tản nhiệt bên ngoài”.
Làm mát tích hợp vi mạch có một lợi thế khác: nó rẻ hơn so với bộ làm mát được bổ sung bên ngoài. Vì các mạch vi kênh và chip làm mát có thể được đưa trực tiếp vào chất bán dẫn trong quá trình sản xuất nên chi phí chế tạo thấp hơn. Bộ vi mạch được làm mát bên trong này sẽ giúp các sản phẩm điện tử trong tương lai trở nên nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng hơn.
