微流体冷却法能克服摩尔定律微缩限制?

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为了解决3D芯片堆叠时的液体冷却问题,DARPA研究人员开发出一种使用绝缘介电质制冷剂的途径,可望使3D芯片堆叠至任何高度,从而突破摩尔定律

在决定采用Honeywell的Solstice Ze R-1234ze之前,IBM评估过十几种制冷剂,因为制冷剂在室温下为液体,但在一般的芯片温度(高达85℃或185℉)时蒸发,并在蒸发过程中提取热量。由于制冷剂在室温下会返回液态,所以不需要像传统冰箱使用的压缩机。相反地,Solstice Ze R-1234ze只需要通过铜管道线圈(类似于酒精蒸馏器或汽车散热管)的引导,就能在穿过芯片或从芯片之间返回液体形式。

Honeywell制冷剂也是一种介电质,因此可以在芯片之间泵送,而不需要金属元件的绝缘,包括矽穿孔(TSV)。微流体通道可以透过单个芯片执行,涵盖全部的3D堆叠芯片。3D芯片堆叠中非腐蚀性制冷剂的*佳使用是将CMOS芯片削薄到50微米厚,并在其间留下100微米的间隙。围绕边缘的中空矩形间隔物包含堆叠中的制冷剂,每一侧的接头在一侧泵入液体,并在另一侧移除其蒸汽。接着,蒸汽通过蒸馏器,让制冷剂返回液体形式以便泵送回芯片堆叠中。

Chainer说:“我们期望Honeywell、3M等绿色制冷剂制造商能研究和生产适用于半导体产业的客制化配方,但是,Solstice R-1234ze是目前所能找到的*佳产品。”虽然IBM和Georgia Tech着重于ICECool计划下的商用高性能电脑上,但Raytheon和波音(Boeing)等公司生产的解决方案可用于防御应用中冷却雷达装置和其他超高频设备。DARPA的计划在大约四年内完成了目标。如今,IBM、Raytheon和波音正从各自的研究实验室中,将技术传递到制造业。这些技术预计*快将在2018年之前出现在商用产品和**设备中。

编译:Susan Hong

(参考原文:DARPA’s ICECool Chills 3-D Stacks,by R. Colin Johnson)

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