IBM缔造未来芯片冷却技术,向功耗和散热发出挑战宣言!

2006-11-01 09:30:53来源: 电子工程专辑

由于具有100W/cm2的功率密度,今天的计算机芯片温度已经是标准的加热板的10倍。因此,硅电路的冷却就成为日益重要的问题。未来的芯片将达到更高的功率密度,如果不进行冷却,这一密度会产生高达6000摄氏度的表面温度。

IBM苏黎世实验室的研究人员近日发布了半导体芯片冷却技术方面取得重大进展。科学家们的灵感来自于树叶和人体身上水分自然消耗的方式。在伦敦的BroadGroup功率和冷却高峰论坛(BroadGroup Power and Cooling Summit)上,IBM提出了一种用于改进芯片散热的方案。这种“高热传导界面技术(high thermal conductivity interface technology)”使散热效果比现有的方法有效两倍。根据这一技术的整体蓝图,在第一个实施阶段的一系列生产中,这一技术旨在为芯片封装与包括散热片在内的用于吸热的组件之间提供更好的热接触。

IBM研究人员采用的设计借用了生物学的原理。例如树叶、树根或人类的循环系统,自然界中这样的分级管道系统不胜枚举。研究人员发现,这些系统能以很少的能量就能满足庞大身躯的需要。

研究人员开发了一种在其表面有树状分枝通道的芯片罩。IBM称,与现在的方案相比,这一模式被设计成当压力被施加时,用于改进芯片封装与散热片之间热接触的浆料就会更平整地扩散,使整个芯片上的压力保持一致,从而使得压力减半的同时,受压均匀,通过界面的热传送性能也比以前强十倍。

然而研究人员也得出这样的结论:目前的冷却技术,尤其是用空气作为从芯片带走热量的媒介—就当代的电子产品而言—实质上已经达到了它们的极限。而且用于冷却计算机系统的能量正逼近用于计算的功耗,因此整个功耗预算几乎翻番。

“从独立晶体管到数据中心,冷却技术都是一个全盘的挑战。通过强大的技术使芯片处于所要求的冷却状态,将是对付功耗和散热问题的关键,”IBM苏黎世实验室高级热封装研究小组的经理Bruno Michel如是说。

IBM的第二步实施计划就与此有关。苏黎世研究人员甚至深化了他们对分枝通道设计的概念,并且现正开发他们称用于水冷的一种颇具前景的方法,所谓的喷射冲击法是在一个封闭的系统中将水喷射到芯片的背面并再次把水吸掉,这一系统采用具有一个达5万微喷管的阵列及一个复杂的树状分支返回架构。

研究小组还展示了用水作为散热剂、散热功率密度达370W/cm2的散热技术,散热能力是目前75W/cm2空气散热技术极限的6倍。同时研究人员称,与其它的散热系统相比,这一系统的能耗大大减少。然而,这一系统的行业应用还要等上几年。

IBM正几家芯片供应商保持紧密接触以授权该技术的,一家公司发言人称。在第一实施阶段,采用热传导浆料,下一代的芯片有望在一年内面市。

关键字:硅电路  封装  晶体管

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