TSMC Mulls On-Chip водяное охлаждение для будущего высокопроизводительного кремния

Каждые несколько лет крупный микропроцессорный производитель или исследовательское учреждение погружается в мир радикальных процессорных охлаждений. TSMC недавно дал свою собственную презентацию на тему, в которой она изучала три различных метода потенциально охлаждения чипа с охлаждением водяного умирания.

Компании и организации продолжают возвращаться к этой идее, потому что интегрированная, доступная система охлаждения водяного охлаждения на умеренном состоянии может решить много других проблем в продвинутом чип-изготовлении. AMD работает над вариантом своего CPU ZEN 3 CPU с 128 МБ интегрированного кэша L3, но компания должна была тщательно распознавать чипы кэш, чтобы не вызвать проблемы с горячими пятнами в Ryzen. Предполагается, что укладка вертикальной умирания должна водить полупроводниковую плотность в течение 2020-х годов, продолжая общую тенденцию улучшений плотности, мы сокращаемся как «закон Мура». Между прочим, это также позволяет полупроводниковыми ориентируемыми ориентирами разговаривать на идею расширения закона Мура, несмотря на то, что титульный закон ничего не говорит о штабелировании 3D-чипа, как таковой.

Однако способность отрасли стекировать чипсы друг на друга, однако, непосредственно пропорциональна его способности сохранять силиконовый стек от жары в собственном огне. Ускоритель A100 NVIDIA состоит из 500 Вт TDPS, а Ponte Intel Ponte Vecchio имеет TDP 600 Вт. Производители и дизайнеры продолжают подтолкнуть конверт, а некоторые типы водяного охлаждения на водяном пакете (или на меню) должны быть хотя бы частично интегрированы производителем. Специфика здесь зависят от типа рассмотренного решения.

TSMC протестировали три различных метода создания жидкостных каналов и трех различных методов раствора охлаждения сетки и тепловой техники (TTV). Тестируемые три типа жидкостных каналов были квадратные колонны, траншеи и плоская плоскость. Три типа прохладных конструкций TSMC протестированы были охлаждением прямых водяных водяных охлаждений, охладитель с помощью термоинтерфейса силиконового оксида.

В непосредственном охлаждении водяного охлаждения водяные каналы были затравлены непосредственно в кремний слой на верхней части ЦП. Во втором тестировании кремниевые каналы были затравлены в кремниевый слой с помощью материала термоинтерфейса кремния между микрофлюидной системой и фактическим кремнием TTV. В третьем варианте кремниевый оксид Тим был заменен жидким металлом Тим. Данные TSMC показали, что дизайн квадратной колонны превосходит два других подхода, поэтому мы сосредоточимся на рисунках, сообщаемых для этого решения:

Согласно испытательным данным TSMC, их конструкция охладителя смогла рассеивать 2,6 кВт нагрева на максимум (с частотой потока 5,8 л) и температурой дельты 63 ° С. Прямое водяное охлаждение выполнено лучшее, а затем оксид кремния. Однако даже жидкий металл Тим был способен рассеивать 1,8 кВт тепло. Это гораздо более эффективно, чем все, что доступно сегодня, хотя, очевидно, это тепловой тест / доказательство концепции, а не конечный продукт.

Интересно подумать о таких продуктах, которые могут потребовать такого рода охлаждения в будущем. Существует мало шансов, что энтузиасты когда-либо достигли таких высотных высот. Схема 15-AMP при 120 вольт может обеспечить номинальную 1800 Вт. Enthusiate GPU может продолжать попадать на более высокие TDPS - я не могу предсказать, что AMD и NVIDIA сделают на этом фронте - но мы длительный путь от 1 кВт GPU, не говоря уже о 2,6 кВт.

Такое улучшение производительности охлаждения, которое TSMC может потенциально доставлять, позволит более высоким таксутельностям, чем все, что мы видели на сегодняшний день, но нет, я подозреваю, почти так же, как мы могли бы захотеть. Силикон просто не масштабируется простым 5 ГГц, и производители могут не тратить много усилий, пытаясь протолкнуть сырые характеристики. Что интереснее, это вид плотности улучшения, это охлаждение может включить. В то время как оборудование охлаждения требует собственной инфраструктуры, система, способная рассеиваться до 2,6 кВт тепла, может охладить гораздо более аппаратное обеспечение в гораздо меньшем пространстве, чем текущее развертывание сервера.

Система охлаждения, которая может рассеивать 2,6 кВт жары, является переустройством в любом разумном потребительском продукте, но не обязательно в системах сервера или центра обработки данных о будущем, особенно если все больше и дополнительная обработка продолжает переходить в облако. До сих пор эти виды охлаждающих решений не были коммерциализированы, поскольку производители не были вынуждены принять такие дорогие методы повышения производительности для продолжения повышения эффективности оборудования. Однако аппаратные TDPS едва ли идет вниз, и сдвиг к укладке 3D-чипа может потребовать радикального переосмысления существующих стратегий охлаждения в долгосрочной перспективе.

Кредит: TSMC