Ứng dụng công nghệ làm mát CPU tích hợp
Cho dù đó là trung tâm dữ liệu, siêu máy tính hay máy tính xách tay: lượng nhiệt lớn do chip và các linh kiện bán dẫn khác tạo ra 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 đã tiêu tốn rất nhiều năng lượng, năng lượng này được sử dụng cho quạt làm mát hoặc bơm làm mát bằng chất lỏng.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã nghiên cứu các cách để cải thiện hiệu quả truyền nhiệt từ chip đến chất làm mát. Ví dụ, một kim loại có khả năng 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 không cao lắm và với sự cải thiện hiệu quả tản nhiệt, độ phức tạp và chi phí sản xuất của hệ thống tản nhiệt cũng tăng theo cấp số nhân.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu Thụy Sĩ cuối cùng đã tìm ra một 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 tiết kiệm năng lượng và làm cho các sản phẩm điện tử trong tương lai thân thiện hơn với môi trường. Việc sản xuất hệ thống làm mát tích hợp này rẻ hơn so với quy trình trước đó.
Nguyên lý 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 được tích hợp trong vật liệu bán dẫn từ bên dưới, điều đó có nghĩa là nhiệt do bóng bán dẫn tạo ra dưới dạng nguồn nhiệt sẽ bị tiêu tán trực tiếp. Kênh vi mô tiếp xúc trực tiếp với các bóng bán dẫn trong chip, giúp 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 cho quá trình lưu thông chất làm mát.
Thử nghiệm sơ bộ hệ thống làm mát cho thấy nó có thể tiêu tan hơn 1,7 kW nhiệt trên mỗi cm vuông và chỉ 0.57 watt công suất bơm trên mỗi cm vuông. Điều này ít hơn đáng kể so với năng lượng cần thiết cho các kênh làm mát khắc bên 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 hiệu quả cải thiện gấp 50 lần so với tản nhiệt bên ngoài”.
Bộ làm mát vi mạch tích hợp có một ưu điểm khác: nó rẻ hơn so với bộ làm mát được thêm vào bên ngoài. Bởi 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 sản xuất thấp hơn. Vi mạch làm mát bên trong này sẽ làm cho các sản phẩm điện tử trong tương lai nhỏ gọn hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.
