Il calore è tra i problemi principali che i progettisti di chip devono affrontare in fase di design. Un problema annoso, mitigato da soluzioni di raffreddamento di vario genere e diversa efficacia. Si va dai dissipatori ad aria con dimensioni più o meno grandi alle soluzioni a liquido, più efficaci ma in qualche modo ingombranti. Tutte, ad ogni modo, sono frenate da ostacoli di vario tipo, come la resistenza termica dei materiali.
Al Georgia Institute of Technology un gruppo di ricercatori sta lavorando per concepire un sistema di raffreddamento che sia efficace e poco ingombrante. E stando a quanto dimostrato, e forse ha colpito nel segno. La soluzione proposta dal team statunitense è quella di incidere dei passaggi microfluidici nella parte superiore dei chip, quella su cui si appoggia tradizionalmente la base di un sistema di raffreddamento. In questo modo il liquido refrigerante passa dove ce n'è bisogno, ossia a pochissima distanza da dove si trovano i transistor.
I ricercatori hanno realizzato una dimostrazione usando un FPGA (Field Programmable Gate Array) di Altera (acquistata da Intel) prodotto a 28 nanometri. I risultati sono stati molto interessanti, perché il chip ha operato a una temperatura inferiore di oltre il 60% rispetto a quella ottenuta con un semplice raffreddamento ad aria.
Più precisamente i ricercatori hanno usato acqua demineralizzata per raffreddare il chip, immessa nei microcanali a una temperatura di circa 20 °C e a una velocità di 147 mm al minuto. L'FPGA ha funzionato mantenendo una temperatura inferiore ai 24 °C, rispetto ai 60 °C con raffreddamento ad aria standard.
Stando al Georgia Institute of Technology questa tecnologia non è applicabile ai soli FPGA, ma può essere usata per raffreddare CPU, GPU e altri tipi di chip. Oltre alla temperatura, il sistema garantisce diversi vantaggi: eliminazione degli hotspot (punti caldi) sulla superfice del chip, possibilità di realizzare sistemi più compatti, minore dispersione di energia e durata di vita maggiore dei chip.
Da un punto di vista concettuale, potendo fare affidamento su un sistema di raffreddamento più efficace, i progettisti potrebbero realizzare processori più potenti. "Crediamo di aver eliminato una delle principali barriere nella realizzazione di sistemi ad alte prestazioni che siano più compatti ed efficienti dal punto di vista energetico", ha affermato Muhannad Bakir, professore associato dell'istituto.
"Abbiamo eliminato il dissipatore sopra il die di silicio spostando il raffreddamento a liquido ad appena poche centinaia di micron di distanza dai transistor. Crediamo che integrare un raffreddamento microfluidico direttamente nel silicio rappresenti una tecnologia dirompente per una nuova generazione di elettronica".
Per realizzare il nuovo sistema i ricercatori hanno rimosso l'heatspreader dal chip FPGA di Altera. Hanno poi intagliato passaggi di raffreddamento sul silicio. Integrando cilindri dello stesso materiale con un diametro di circa 100 micron per migliorare la trasmissione di calore al liquido. Uno strato di silicio è stato poi posto sui canali, a cui sono stati collegati raccordi per consentire il collegamento ai tubi d'acqua.
La ricerca è stata supportata dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), il braccio tecnologico del comparto militare statunitense. Al momento non è noto se e quando questo tipo di raffreddamento sarà integrato in un prodotto commerciale.
 | Intel Core i3-4150 | |
 | Intel Core i7-6700 |