浏览数量： 0 作者： 本站编辑 发布时间： 2019-12-28 来源： 本站
为了解决 3D 芯片堆叠时的液体冷却问题，美国国防高级研究计划局 (DARPA) 与 IBM 和佐治亚理工学院合作，开发了一种片内/片间增强冷却方案，该方案采用绝缘体介电制冷剂（而不是水）。
研究原型的研究人员表示，该方法通过将制冷剂泵入整个微流控芯片通道并安全地泵入每个芯片之间，甚至冷却最厚的 3D 芯片堆栈的内部，从而降低了冷却超级计算机 CPU 的成本。
DARPA 的 ICECool 计划使用微流体技术来冷却基板、芯片或封装的内部，希望通过“嵌入式”热管理克服远程冷却的局限性。
IBM Watson 研究中心首席研究员 Tim Chainer 表示：“我们的原型是一台 8 核 Power7 超级计算机。”
取得的进展使接口温度降低了25[44]，功耗降低了7%，并且冷却架构更加简单。
“我们还打算让 3D 芯片堆叠到任意高度，以克服摩尔定律的微型限制。”
Chainer 的团队与苏黎世的 IBM 研究人员合作，并得到了佐治亚理工学院的支持。
事实证明，使用冷空气和散热器（上）的传统空调冷却方法的冷却效果不如温水（中），而 DARPA 的 ICECool 计划开发的技术有望通过使用电介质蒸汽（下）进一步减小尺寸和成本。
Chainer 回顾了几年前多核架构转变如何克服处理器的 5GHz 速度限制。
现在，接口温度可以降低 44°C，允许工程师再次启动脉冲。
Chainer 表示，通过电介质冷却堆叠 3D 芯片也可以克服摩尔定律的小型化限制。
当使用绝缘介电流体冷却 3D 芯片堆栈时，介电流体沸腾成蒸汽，并从间隔 100 微米的 50 微米堆栈中吸收热量，从而允许裸露金属通孔在芯片之间运行，形成像水冷却器一样的互连，而不会短路-电路。
“我们正生活在计算机创新最激动人心的时刻，”他说，“工程师的聪明才智克服了曾经被认为无法克服的摩尔定律的局限性。”
通过水冷系统，IBM 能够消除数据中心对空调的需求。
但为 ICECool 项目开发的绝缘介电蒸汽系统也消除了对冷却器（右上）和冷却塔（左上）的需求
在决定使用 Honeywell 的 Solstice Ze r-1234ze 之前，IBM 评估了十几种制冷剂，因为制冷剂在室温下为液体，但在正常芯片温度（高达 85 或 185）下蒸发并在蒸发时吸收热量。
由于制冷剂在室温下会恢复液态，因此不需要传统冰箱中使用的压缩机。
相比之下，Solstice Ze r-1234ze 仅需要铜管线圈的引导（类似于酒精蒸馏器或汽车热管），即可将液体形式返回芯片之间或芯片之间。
霍尼韦尔制冷剂也是电介质，因此可以在芯片之间泵送，无需金属元件绝缘，包括硅穿孔 (TSV)。
微流控通道可以通过单个芯片执行，涵盖所有3D堆叠芯片。
在 3D 堆栈上使用非腐蚀性制冷剂的最佳方式是将 CMOS 芯片增白至 50 微米的厚度，并在它们之间留下 100 微米的间隙。
边缘周围的中空矩形垫片包含堆叠中的制冷剂，每侧的接头在一侧泵入液体并在另一侧排出蒸汽。
然后蒸汽穿过蒸馏器，使制冷剂返回液体形式，以便泵回木片堆中。
“我们期望像霍尼韦尔和 3M 这样的绿色制冷剂制造商能够为半导体行业研究和生产定制配方，但 Solstice r-1234ze 是我们能找到的最好的产品，”Chainer 说。
IBM 和佐治亚理工学院在 ICECool 计划下专注于高性能商用计算机，而雷神公司和波音公司等公司则生产可用于冷却国防应用中的雷达设备和其他超高频设备的解决方案。
DARPA 的计划在大约四年内实现了其目标。
现在，IBM、雷神公司和波音公司正在将技术从他们的研究实验室转移到制造领域。
这些技术预计最早将于 2018 年应用于商业产品和军事装备中。
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