ICECool & IBM: Directe in-chip koeling van 3D-chips
Om vast te houden aan de Wet van Moore ondanks de naderende grens van de minimale structuurbreedte, worden chips tegenwoordig als miniatuur-wolkenkrabbers in 3D-stacks gestapeld. Maar daarbij ontstaan problemen met het afvoeren van de warmte. Dat begrenst het vermogen en de mogelijke hoogte van de stapel. Onderzoekers van IBM hebben nu vloeistofkoeling zo ver geoptimaliseerd, dat de vloeistof rechtstreeks door chips kan worden geleid, waardoor ze veel beter gekoeld worden.
Om vast te houden aan de Wet van Moore ondanks de naderende grens van de minimale structuurbreedte, worden chips tegenwoordig als miniatuur-wolkenkrabbers in 3D-stacks gestapeld. Maar daarbij ontstaan problemen met het afvoeren van de warmte. Dat begrenst het vermogen en de mogelijke hoogte van de stapel. Onderzoekers van IBM hebben nu vloeistofkoeling zo ver geoptimaliseerd, dat de vloeistof rechtstreeks door chips kan worden geleid, waardoor ze veel beter gekoeld worden.
In het kader van een onderzoeksopdracht van DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) hebben onderzoekers van IBM een Intra-Chip-Cooling-System ontwikkeld als bijdrage aan het ICECool-programma. Hun oplossing zit de warmtebron meer op de huid en maakt daardoor lagere die-temperaturen mogelijk.
Tot nu toe worden chips over het algemeen gekoeld met een koellichaam dat er bovenop wordt gemonteerd en door ventilatoren wordt aangeblazen. Zo wordt de warmte afgevoerd van de plaats waar die ontstaat. Juist case-modders kennen de vaak voor overgeklokte CPU’s ingezette waterkoelingssystemen, waarbij de koelvloeistof door pompen duidelijk effectiever de warmte afvoert, om die op een andere plaats af te staan aan de omgevingslucht. Omdat water stroom geleidt, mag het niet rechtstreeks in contact komen met de chip of de dies, maar moet met een buizensysteem en door boringen in het metalen koellichaam gescheiden worden van de halfgeleiders. Dat zit de effectieve afvoer van warmte in de weg.
De onderzoekers van IBM gebruikten in hun ICECool-project een niet-geleidende vloeistof. Dat maakt het mogelijk om de vloeistof door kanalen in de chip zelf te laten stromen, zoals te zien is in de afbeelding. Door het directe contact met de warmteproducerende halfgeleiders wordt de warmteweerstand gereduceerd, wat koelere dies en kleinere elektronica mogelijk maakt, zodat ook het gewicht en het energieverbruik gunstig worden beïnvloed. Een test van het concept met chips van het type Power 7+ van IBM leverde een vermindering van de temperatuur van de sperlaag met 25 °C op en een energiebesparing van 7 % in vergelijking met gewone luchtkoeling.
In het kader van een onderzoeksopdracht van DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) hebben onderzoekers van IBM een Intra-Chip-Cooling-System ontwikkeld als bijdrage aan het ICECool-programma. Hun oplossing zit de warmtebron meer op de huid en maakt daardoor lagere die-temperaturen mogelijk.
Tot nu toe worden chips over het algemeen gekoeld met een koellichaam dat er bovenop wordt gemonteerd en door ventilatoren wordt aangeblazen. Zo wordt de warmte afgevoerd van de plaats waar die ontstaat. Juist case-modders kennen de vaak voor overgeklokte CPU’s ingezette waterkoelingssystemen, waarbij de koelvloeistof door pompen duidelijk effectiever de warmte afvoert, om die op een andere plaats af te staan aan de omgevingslucht. Omdat water stroom geleidt, mag het niet rechtstreeks in contact komen met de chip of de dies, maar moet met een buizensysteem en door boringen in het metalen koellichaam gescheiden worden van de halfgeleiders. Dat zit de effectieve afvoer van warmte in de weg.
De onderzoekers van IBM gebruikten in hun ICECool-project een niet-geleidende vloeistof. Dat maakt het mogelijk om de vloeistof door kanalen in de chip zelf te laten stromen, zoals te zien is in de afbeelding. Door het directe contact met de warmteproducerende halfgeleiders wordt de warmteweerstand gereduceerd, wat koelere dies en kleinere elektronica mogelijk maakt, zodat ook het gewicht en het energieverbruik gunstig worden beïnvloed. Een test van het concept met chips van het type Power 7+ van IBM leverde een vermindering van de temperatuur van de sperlaag met 25 °C op en een energiebesparing van 7 % in vergelijking met gewone luchtkoeling.
