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La puce d'ordinateur peut rester fraîche avec les systèmes d'eau intégrés

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Des chercheurs suisses ont conçu une puce monobloc et un système de refroidissement contenant des canaux de liquide sur puce adjacents aux pièces de puce les plus chaudes - ajoutant une impulsion impressionnante aux situations de chaleur limitée, selon une nouvelle étude publiée dans la revueLa nature.

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Nouveau 'wetware:' puces informatiques avec de l'eau à l'intérieur

Lorsque les processeurs de bureau ont dépassé pour la première fois le niveau de Gigahertz, le consensus était qu'il n'y avait nulle part où aller mais vers le haut. Mais la progression s'est ralentie et s'est arrêtée lorsque les besoins en énergie ont créé trop de chaleur dans un appareil donné pour se refroidir et calculer. Même les ventilateurs et dissipateurs d'ordinateurs ordinaires, ainsi que le refroidissement par eau, n'ont pas dépassé la barrière thermique qui ralentit souvent les processeurs actuels.

L'un des problèmes avec les solutions de refroidissement liquide est qu'elles doivent transférer l'énergie thermique hors de la puce et dans l'eau. Ce problème a conduit certains chercheurs à essayer de faire couler du liquide à l'intérieur de la puce - y compris ceux qui ont écrit la nouvelle étude, qui place des canaux de liquide sur puce à côté des zones les plus sujettes à la chaleur d'une puce, rapporte Ars Technica.

L'alimentation des pompes à eau réduit l'efficacité du refroidissement des copeaux

Les méthodes d'extraction de chaleur d'une puce impliquent généralement de multiples connexions, de la puce à et à travers son emballage, et à un dissipateur thermique. Alors que la puce peut être placée directement dans un liquide conducteur de chaleur, le liquide doit isoler sans déclencher de réactions chimiques avec les composants électroniques - aucun d'entre eux n'est rencontré par l'eau.

Une poignée de démonstrations de refroidissement sur puce ont fait surface au fil des ans, mais elles impliquent généralement des systèmes où le dispositif intégré avec des canaux de liquide est fusionné sur une puce, à travers laquelle un système dédié pompe le fluide.

Bien que cela supprime l'énergie thermique, les premières mises en œuvre montrent la présence d'un piège: alimenter la pompe qui fait circuler l'eau dans les canaux de l'appareil nécessite plus d'énergie que celle extraite du processeur, réduisant l'efficacité énergétique du système à des tailles problématiques.

Les dernières recherches intègrent ces idées pour augmenter l'efficacité des systèmes de refroidissement sur puce. Et les chercheurs à l'origine de l'étude démontrent que leur méthode fonctionne via l'utilisation d'une puce de conversion de puissance qui évite les performances réduites en énergie thermique.

Ingénierie de l'eau à l'intérieur des puces avec GaN

Le processus de construction de la nouvelle puce de conversion de puissance n'était pas simple. La première étape consiste à couper des fentes extrêmement minces à travers le nitrure de gallium (GaN) et dans le silicium sous-jacent. Ensuite, les chercheurs ont commencé un processus de gravure - qui n'affecte que le silicium - pour augmenter la largeur des canaux et sceller les espaces d'origine à travers le GaN avec du cuivre.

Cela améliore le processus de conduction thermique dans l'eau. Sous les canaux se trouve un ensemble de passages alternés qui fonctionnent comme des alimentations et des éviers. L'eau froide pénètre par l'alimentation, et circule dans le canal - absorbant l'énergie thermique - puis sort par un évier adjacent.

Les chercheurs configurent l'appareil de sorte que les parties les plus chaudes de la section GaN de l'appareil soient directement juxtaposées à l'un des canaux, augmentant ainsi l'efficacité de l'extraction de la chaleur. Leur meilleure conception pouvait gérer des flux de chaleur allant jusqu'à 1700 W par centimètre carré (0,155 pouce carré) tout en stoppant l'élévation de température de la puce à 140 ° F (60 ° C).

Avec l'avènement imminent des ordinateurs quantiques, il est important de trouver des moyens pour que les puces à base de silicium se refroidissent, afin d'optimiser la puissance de calcul. L'eau - considérée dans le sens commun comme une condamnation à mort pour les puces informatiques - peut également venir accélérer les progrès de la technologie informatique moderne.


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