Đổi mới công nghệ làm mát là giải pháp tối ưu cho sự phát triển hiệu suất cao của các thiết bị điện tử
Khi các chip lặp đi lặp lại theo hướng mật độ cao, khả năng tích hợp cao và sức mạnh tính toán cao, mật độ công suất và năng lượng của chúng không ngừng tăng cao và "mật độ nhiệt cao" đã trở thành nút thắt lớn trong quá trình phát triển công nghệ bán dẫn công suất cao. Do mức tiêu thụ điện năng của chip ngày càng tăng, công nghệ làm mát bằng chất lỏng đang ngày càng nhận được sự chú ý. Tuy nhiên, do chi phí cao và giải pháp phức tạp, công nghệ panel làm mát bằng nước hiện nay vẫn còn khoảng cách khá xa so với giải pháp tản nhiệt lý tưởng trong ngành.
Về lý thuyết, nhiệt độ của chip càng thấp thì tuổi thọ của nó càng dài và hiệu suất càng ổn định. Nhưng để đạt được nhiệt độ chip thấp hơn, chi phí làm mát mà ngành cần phải trả là quá cao và điểm cân bằng giữa việc cải thiện hiệu suất đồng thời xem xét chi phí vẫn chưa đạt được. Về vấn đề này, ngành có thể áp dụng các kết hợp công nghệ khác nhau hoặc hợp tác để phát triển các sản phẩm liên quan cho các vật liệu, công nghệ và tình huống ứng dụng tản nhiệt khác nhau nhằm khám phá các giải pháp tối ưu trong điều kiện chi phí chấp nhận được hiện tại.
Khi mức tiêu thụ điện năng lên tới hàng chục hoặc hàng trăm watt, cần sử dụng ống dẫn nhiệt để thoát nhiệt từ chip. Sau khi nhiệt lan truyền đến các lá tản nhiệt lớn hơn, một chiếc quạt sẽ được sử dụng để thổi nó, bao gồm sự kết hợp giữa công nghệ hấp thụ nhiệt thay đổi pha, dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt. Cho đến nay, đại đa số PC và máy chủ đã áp dụng sự kết hợp giữa ống dẫn nhiệt, cánh tản nhiệt và quạt này. Tuy nhiên, khi mức tiêu thụ điện năng của CPU dần đạt tới mức 300 watt, 500 watt, thậm chí 800 watt thì khi đó, khả năng tản nhiệt tối đa của ống dẫn nhiệt và quạt đã bị phá vỡ. Do không thể thích ứng với sự phát triển của ngành thông qua việc sử dụng các giải pháp ống dẫn nhiệt và quạt trong nhiều năm, các công nghệ tản nhiệt làm mát bằng chất lỏng như tấm làm mát bằng nước phải được áp dụng.
Do mức tiêu thụ điện năng của chip liên tục tăng, các công nghệ làm mát mới nổi như tấm làm mát bằng chất lỏng đang ngày càng nhận được sự chú ý. So với sự đối lưu gió của ống dẫn nhiệt có cánh tản nhiệt và quạt, tấm lạnh lỏng áp dụng phương pháp đối lưu chất lỏng, thực hiện trao đổi nhiệt thông qua dòng chất lỏng với tốc độ nhanh hơn và hiệu quả cao hơn. Tuy nhiên, do chi phí cao và các giải pháp phức tạp, công nghệ làm mát bằng chất lỏng vẫn chưa đạt được mức tăng trưởng lớn. Tuy nhiên, nó cũng đã trở thành một thứ bắt buộc phải có trong một số tình huống ứng dụng công suất cao, vì không có giải pháp nào lý tưởng hơn trong ngành.
Từ chip sưởi, thiết bị đến sản phẩm cuối cùng, đều có nhu cầu làm mát ở mọi cấp độ và liên kết, bao gồm các vật liệu hỗ trợ, vật liệu giao diện và vật liệu cơ bản khác nhau. Đồng thời, việc áp dụng các công nghệ tản nhiệt hoặc các kịch bản ứng dụng khác nhau sẽ dẫn đến các lộ trình và giải pháp kỹ thuật khác nhau. Và điều này chắc chắn sẽ có nhiều cơ hội phát triển tiềm năng cũng như những thách thức công nghệ khác nhau.
Các yếu tố cốt lõi của công nghệ làm mát bằng nhiệt bao gồm lượng nhiệt do chính con chip tạo ra, cường độ dòng nhiệt trên một đơn vị diện tích cũng như khoảng cách và thể tích mà nhiệt có thể khuếch tán. Thông thường, tản nhiệt là quá trình khuếch tán nhiệt từ nguồn nhiệt tỏa ra rất cao hoặc điểm nóng sản xuất đến không gian rộng hơn. Quá trình truyền nhiệt này diễn ra nối tiếp và bất kỳ liên kết nào trong đó đều có thể trở thành nút cổ chai nhiệt. Tản nhiệt là một hệ thống truyền tải từng bước, chẳng hạn như từ điểm nhiệt A đến B, C đến D đến E, rồi đến F. Nếu hiệu suất truyền giữa AB, BC hoặc CD thấp thì kết quả cuối cùng có thể có thể là hiệu suất làm mát từ A đến F không đủ cao. Vì vậy, mỗi mắt xích cần liên tục cải thiện khả năng tản nhiệt của mình để tránh trở thành nút cổ chai trên toàn bộ đường dẫn. Đối với các chip và mô-đun chip (MCM) mật độ cực cao, họ buộc phải phát triển giải pháp công nghệ làm mát bền vững tối ưu.
