Инновационная система охлаждения и теплораспределения от IBM

Недавно компания IBM представила инновационный подход к охлаждению процессоров и улучшения теплообмена между ними и радиатором системы охлаждения.

Технология «high thermal conductivity interface technology» (технология интерфейса высокой теплопроводности) позволяет существенно улучшить отвод тепла от кристала по сравнению с существующими методами.

Суть этой технологии заключается в использовании тонкого, менее 10 нм, слоя уникального термоинтерфейса со сформированной структурой теплопроводящих микроканалов, который идеально равномерно распределяется по всей поверхности чипа и обеспечивает максимальный теплообмен с защитной крышкой процессора или напрямую с радиатором используемой системы охлаждения.

Такой подход позволит использовать все ресурсы теплоотводящего устройства и избежать такого явления как «тепловые пятна» (прим. ред. — Эффект «тепловых пятен» возникает в результате неровного/неправильного нанесения термопасты на крышку теплораспределителя или непосредственно на сам чип, таким образом, максимальный теплообмен возникает не на всей поверхности соприкосновения, а в к каком-то определенном его участке или участках.). Схематически «технология интерфейса высокой теплопроводности» выглядит так:

Цифрами на схеме обозначены: Устройство отвода тепла (радиатор кулера или теплообменник СВО); Крышка теплораспределителя микросхемы; Система микроканалов; Термоинтерфейс (термопаста); Чип; Подложка микросхемы; Соединительные контакты.

Технология «direct jet impingement system» отводит большое количество тепла за счет прямого омывания ядра процессора. По 50 000 микроканалам шириной 0.03-0.05 мм, пронизывающим радиатор охлаждения процессора, который представляет собой единую конструкцию с чипом. Пространство между чипом и радиатором заполняется водой. От протечек систему защищает специальное уплотнение.

Цифрами на схеме обозначены: Защитное уплотнение; Крышка теплораспределителя микросхемы; Канал подачи жидкости; Система микроканалов; Пространство теплообмена между водой и чипом; Чип; Подложка микросхемы; Соединительные контакты.

По одним каналам вода подается в пространство между ядром и процессором тем самым, забирая максимальное количества тепла, и выталкивается в резервуар через другие микроканалы. Такое решение не подразумевает наличие сверхмощной помпы. На фото снизу вид системы микроканалов в разрезе под микроскопом:

В современном «процессоростроении» прослеживается тенденция миниатюризации чипов и самих процессоров, но при этом растет их тактовая частота, объем кэша, количество ядер, а значит и показатель плотности теплового потока на см² площади ядра. В настоящее время этот показатель дошел до уровня 100 Вт, тогда как эффективность воздушных систем охлаждения находится на уровне 75 Вт. Технология позволяет отводить до 370 Вт с одного квадратного сантиметра площади ядра, что в 6 раз эффективнее по сравнению с существующими системами воздушного охлаждения. Для наглядности на фото ниже приведен радиатор с микроканальной структурой, работающий по принципу прямого омывания ядра и медный радиатор, обладающий весом в несколько килограммов.