I ricercatori della Purdue University hanno sviluppato un nuovo tipo di sistema di raffreddamento che permette a un liquido refrigerante di circolare direttamente all'interno dei chip elettronici, tramite un'intricata serie di piccoli micro canali. In questo modo non è più necessario installare dispositivi di raffreddamento esterni.
Il problema, quando si parla di chip e prestazioni, è sempre lo stesso: trovare un metodo per dissipare rapidamente il calore in modo da aumentare le prestazioni, specie con le nuove strutture "tridimensionali" in cui i chip crescono in verticale, in modo da incrementare il numero di transistor e conseguentemente funzionalità e potenza.
"Tutto questo rappresenta una sfida in fatto di raffreddamento. Normalmente uno strato di chip avrebbe al di sopra un sistema per dissipare calore. Non appena avete anche solo due chip impilati uno sull'altro, quello inferiore deve operare a una potenza decisamente inferiore perché non può essere raffreddato direttamente", ha dichiarato Justin A. Weibel, ricercatore coinvolto nel progetto.
La soluzione è creare un sistema di raffreddamento integrato all'interno degli strati di chip. La ricerca è stata sostenuta dalla DARPA con circa 2 milioni di dollari. Il braccio tecnologico della Difesa statunitense richiedeva la capacità di gestire "chip capaci di generare un kilowatt di calore per centimetro quadrato", oltre 10 volte di più rispetto ai tradizionali computer ad alte prestazioni.
"Questo numero di 1000 watt per centimetro quadrato è una sorta di Santo Graal del micro raffreddamento, e abbiamo dimostrato questa capacità in un sistema funzionante con un dielettrico chiamato HFE-7100, il che significa che oltre a svolgere l'azione di raffreddamento non causa corto circuiti nell'elettronica", spiegano i ricercatori.
Il funzionamento prevede che il fluido circoli sopra la fonte di calore e vada in ebollizione all'interno dei micro canali. "Consentire al liquido di bollire aumenta drasticamente la quantità di calore che può essere rimossa rispetto al semplice riscaldamento di un liquido al di sotto del punto di ebollizione", spiegano i ricercatori.
La tecnologia è stata messa alla prova con un sistema di test capace di simulare molte condizioni, anche i classici hot spot. "Si sa da tempo che più piccolo è il canale, più alta è la prestazione nel trasferimento del calore", spiegano i ricercatori. "Siamo scesi 15 o 10 micron con l'ampiezza del canale, che è circa 10 volte in meno delle tradizionali tecnologie di raffreddamento a micro canali".
Il nuovo sistema tiene anche conto della pressione necessaria per pompare il liquido necessario nei piccolissimi canali. Per aggirare i problemi di un progetto tradizionale, il team della Purdue ha progettato il sistema di piccoli canali affinché fossero paralleli anziché un unico canale lungo l'intera estensione del chip. Uno speciale collettore "gerarchico" ha il compito di distribuire il flusso di refrigerante nei canali.
"Quindi, piuttosto che avere un canale con una lunghezza di 5000 micron, l'abbiamo accorciato a 250 micron. La lunghezza totale del canale è la stessa, ma l'alimentazione è a segmenti distinti, il che impedisce un netto calo della pressione". I canali sono stati incisi nel silicio con una lunghezza di circa 15 micron, ma con una profondità fino a 300 micron, in modo da favorire la distribuzione del refrigerante.
Chissà se Intel e AMD implementeranno mai una simile soluzione. Nel frattempo un bel dissipatore a liquido e passa la paura.