کاربردهای سیستم خنک کننده داخلی در خنک کننده CPU

مراکز داده، ابررایانه ها یا لپ تاپ ها: مقدار زیادی گرمای تولید شده توسط تراشه ها و سایر اجزای نیمه هادی یکی از بزرگترین مشکلات محصولات الکترونیکی مدرن است. از یک طرف، عملکرد و چگالی ساختاری اجزا را محدود می کند. از طرفی خود فرآیند خنک سازی انرژی زیادی مصرف می کند که برای خنک کننده فن ها یا پمپ های خنک کننده مایع استفاده می شود.

برای حل این مشکل، دانشمندان در حال مطالعه روش هایی برای بهبود کارایی انتقال حرارت از تراشه به خنک کننده بوده اند. به عنوان مثال، فلزی با هدایت حرارتی بهتر به عنوان سطح تماس بین سیستم خنک کننده و تراشه استفاده می شود. با این حال، راندمان تمام روش‌ها در گذشته چندان بالا نبوده و با بهبود راندمان اتلاف گرما، پیچیدگی و هزینه ساخت سیستم اتلاف حرارت نیز به طور تصاعدی افزایش می‌یابد.

اکنون محققان سوئیسی بالاخره راهی بهتر برای اختراع تراشه ای یافته اند که نیازی به خنک کننده خارجی ندارد. میکروتوبول های ادغام شده در نیمه هادی مایع خنک کننده را مستقیماً در اطراف ترانزیستور می آورند که نه تنها اثر اتلاف حرارت تراشه را تا حد زیادی بهبود می بخشد، بلکه در مصرف انرژی صرفه جویی می کند و محصولات الکترونیکی آینده را دوستدار محیط زیست می کند. تولید این خنک کننده یکپارچه ارزان تر از فرآیند قبلی است.

اصل این راه حل این است که به جای خنک شدن از بیرون تراشه، تراشه مستقیماً در داخل خنک می شود. مایع خنک کننده از زیر در میان میکروتوبول های یکپارچه در مواد نیمه هادی جریان می یابد، به این معنی که گرمای تولید شده توسط ترانزیستور به عنوان منبع گرما به طور مستقیم پخش می شود. میکروکانال در تماس مستقیم با ترانزیستورهای تراشه است که ارتباط بهتری بین منبع گرما و کانال خنک کننده برقرار می کند. شاخه های سه بعدی کانال خنک کننده نیز به توزیع مایع خنک کننده کمک می کند و فشار لازم برای گردش مایع خنک کننده را کاهش می دهد.

آزمایش اولیه سیستم خنک کننده نشان می دهد که می تواند بیش از 1.7 کیلو وات گرما در هر سانتی متر مربع و تنها 0}.57 وات قدرت پمپ در هر سانتی متر مربع را دفع کند. این به طور قابل توجهی کمتر از توان مورد نیاز برای کانال های خنک کننده اچ خارجی است. محققان گفتند: «ظرفیت خنک‌کننده مشاهده‌شده بیش از یک کیلووات بر سانتی‌متر مربع است که معادل 50 برابر بهبود راندمان نسبت به اتلاف گرمای خارجی است».

خنک کننده ریزتراشه یکپارچه مزیت دیگری نیز دارد: ارزان تر از واحد خنک کننده اضافه شده خارجی است. از آنجایی که مدارهای میکرو کانال و تراشه خنک کننده را می توان مستقیماً در نیمه هادی ها در تولید وارد کرد، هزینه ساخت کمتر است. این ریزتراشه خنک‌شده داخلی، محصولات الکترونیکی آینده را فشرده‌تر و صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌کند.