Daha küçük mikroçiplere olan talep arttıkça, bu talebi karşılayabilme konusundaki sorunlar büyük ölçüde ürettikleri ısıyı dağıtabilme yeteneği etrafında toplanıyor. Ancak çiplere kendi kendini soğutan bileşenler eklemek, şu anda test edilmekte olan bir çözüm.

“Bu içsel sınırlama, hesaplama ihtiyaçları ve gücü arttıkça mikroçiplerin ve transistörlerin gitgide küçülmeye devam edeceğini öngören Moore Yasası'nın önünde engel oluşturuyor. Bu ısınma sorunlarının üstesinden gelinemezse, mikroçiplerin küçültülmeye devam edilmesi hesaplama alanında bir sorun teşkil ediyor,” diye belirtiyor Inverse sitesi.

İsviçreli araştırmacılar, soğutma sistemini doğrudan çipin kendisiyle bütünleştirmek üzerinde çalışıyor. Inverse'nin belirttiği gibi: “Bu yaklaşım, önceden önerilen soğutma modellerine kıyasla verimlilikte kat kat büyük iyileşmeler sağlayabilir ve hesaplama teknolojisini yeni bir yenilik çağına taşıyabilir”.

Şu anda ısı çekme kapasiteleri, donanım (bir yarı iletken) ile paketleme arasındaki termal dirençle temelde sınırlıdır. İsviçreli araştırmacılar, soğutma bileşenlerini doğrudan çipin üzerine entegre edebilen bir çip üzerinde çalışıyor. Kendi ifadeleriyle bu “mikroakışkan-elektronik ortak tasarımı”, kontrollü ısı dağıtımı ve yönetimine olanak tanıyabilir.

Mevcut soğutma yöntemleri büyük miktarda suya dayanıyor. Her kilovat saatlik enerjinin soğutulması için 2 galon su gerekiyor. ABD veri merkezlerinin 73 milyar kilovat saat tüketmesi beklendiğine göre, tek başlarına 220.000 olimpik boyutta havuz dolusu suya ihtiyaç duyacaklarını Inverse açıklıyor.

Kendi kendini soğutan çipler geliştirmeye yönelik önceki girişimlerde, soğutma bileşenleri elektronik bileşenlerden ayrı olarak üretilip üretim sonrasında birleştiriliyordu. Bu yöntemlerde maliyet ve ısıl gerilimle ilgili sorunlar vardı.

“Güç elektroniği, elektrik enerjisini farklı biçimlere dönüştüren katı hal elektronik cihazlardır ve bilgisayarlardan pil şarj cihazlarına, klimalardan hibrit elektrikli araçlara ve hatta uydulara kadar günlük yaşamın çok geniş bir yelpazesinde kullanılır. Giderek daha verimli ve daha küçük güç elektroniği talebinin artması, bu cihazların birim hacim başına dönüştürdüğü güç miktarının önemli ölçüde artması anlamına geliyor. Bu da cihazların ısı akısını -birim alan başına üretilen ısı miktarını- artırdı,” diye bildiriyor Nature Magazine. 

“[Bu ekip], [soğutma kanallarının] tek bir çip üzerinde bir çiple entegre ve birlikte üretildiği... bir sistem geliştirerek çığır açan bir gelişmeye imza attı,” diye yazıyor raporun yazarı ve makine mühendisi Tiwei Wei. “Gömülü kanallar böylece çipin aktif alanlarının hemen altına yerleştiriliyor, böylece soğutucu sıvı ısı kaynaklarının doğrudan altından geçiyor.”

Ekip, gömülü soğutma sistemini oluşturarak ve mikroçipin alt tabakasına genişletilmiş soğutucu sıvı kanalları ekleyerek işe başladı. Kanallar bakırla kapatıldı ve diğer elektronik bileşenler doğrudan çipin üzerine inşa edildi.

Ekip, soğutucu olarak su kullanarak alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) dönüştüren bir elektronik bileşen tasarladı ve bunu gömülü soğutması olmayan benzer bir bileşene karşı test etti. Belirgin şekilde daha yüksek verimlilikler gözlemlendi ve araştırmacılar bu sistemin soğutma gücünün geleneksel modellere kıyasla 50 kata kadar daha yüksek olabileceğini öne sürdü.

Ayrıca, üretim yaklaşımı mevcut sistemleri kullandığından, araştırmacılar bunun zaten ekonomik açıdan uygulanabilir olduğunu söylüyor.

Wei'nin belirttiği uyarılar arasında, testte kullanılan malzemelerin birden fazla ortamda uzun vadeli olarak test edilmesi gerektiği ve suyun soğutucu olarak doğru uzun vadeli çözüm olmayabileceği yer alıyor

 

BAZI UYARILAR — Ancak Wei'ye göre bu tasarım tam anlamıyla kusursuz değil. Wei, raporunda tasarımla ilgili birkaç yapısal endişeye dikkat çekiyor; özellikle alt tabaka yüzeyi için kullanılan malzeme ve üretim sırasında soğutucu sıvı kanallarını birbirine bağlamak için kullanılan yapıştırıcı. Her ikisi için de farklı ortamlardaki -örneğin tipik mikroçip üretim süreçleriyle ilişkili sıcaklıklardaki- uzun vadeli kararlılık ve etkinlik endişe kaynağı.

Aynı şekilde, bu sistem için soğutucu olarak su kullanmak da uzun vadeli bir çözüm olmayabilir; zira elektronik ile su genellikle bir arada iyi gitmez. “Hâlâ ele alınması gereken zorluklara rağmen, [bu] çalışma, güç elektroniği için düşük maliyetli, son derece kompakt ve enerji verimli soğutma sistemlerine doğru önemli bir adım teşkil ediyor,” diye ekledi Wei.

Bir madeni paradan daha küçük olan bu kendi kendini soğutan mikroçip bazı gizli sırlar barındırıyor. Van Erp et al. / Nature