IBM i Georgia Institute of Technology (Gatech) współpracują w ramach ogłoszonego przez DARPA programu Intrachip/Interchip Enhaced Cooling (ICECool) i już mogą pochwalić się pierwszymi interesującymi osiągnięciami. Celem tego programu jest m.in. opracowanie technologii chłodzenia płynem stosów układów elektronicznych ułożonych w formie 3-D.

Układy 3-D chłodzone dielektrycznym płynem chłodzącym, © DARPA

Pracujący nad rozwiązaniem problemu eksperci zapewniają, że ich pomysł – polegający na wykorzystaniu izolującego dielektrycznego chłodziwa – pozwoli na obniżenie kosztów chłodzenia superkomputerów poprzez pompowanie chłodziwa przez mikrokanaliki znajdujące się w samych układach scalonych. To pozwoli na efektywne chłodzenie nawet najcieńszych układów 3-D, gdyż pomiędzy każdą z kości w stosie będzie przepływał płyn chłodzący.

Naszym prototypem badawczym był ośmiordzeniowy superkomputer wykorzystujący procesor Power7. Na tylnej stronie układu zastosowaliśmy mikrokanaliki służące do odprowadzania ciepła, a system nasz porównywaliśmy ze standardowym superkomputerem z Power7 chłodzonym powietrzem, mówi Tim Chainer, główny badacz z należącego do IBM-a Thomas J. Watson Research Center. W wyniku wprowadzonych przez nas usprawnień obniżyliśmy temperaturę na połączeniach o 25 stopni Celsjusza, używając przy tym o 7% mniej energii oraz korzystając ze znacznie prostszego systemu chłodzącego. Pracujemy też na przezwyciężeniem Prawa Moore’a poprzez umożliwienie układanie kości w architekturze 3-D na dowolną wysokość, dodaje uczony.

Porównanie wielkości układu i instalacji chłodzącej w zależności od wykorzystanej technologii© DARPA

W ramach badań eksperci przetestowali kilkanaście płynów chłodzących i zdecydowali się na wykorzystanie Solstice ze R-1234ze firmy Honeywell International, gdyż jest on płynny w temperaturze pokojowej i odparowuje w temperaturze typowego pracującego układu elektronicznego, odbierając podczas tego procesu ciepło. Jako że Solstice ze R1234ze wraca do stanu płynnego w temperaturze pokojowej w przeciwieństwie do wielu innych płynów chłodzących nie wymaga zastosowania kompresora. Wystarczy skierować go do układu miedzianych rurek, a po uzyskaniu formy płynnej może być ponownie pompowany pomiędzy układy scalone.

Chłodziwo Honeywella jest też dielektrykiem, nie musi więc być izolowane od metalowych części układów scalonych w tym połączeń TSV, gdyż nie wywołuje spięć. Optymalną architekturą, w jakiej można je zastosować jest stos składający się z układów grubości 50 mikrometrów, pomiędzy którymi występują 100-mikrometrowe przerwy. Płyn jest podawany z jednej strony takiego stosu, a z drugiej odbierana jest para, która po przepuszczeniu przez rodzaj destylatora staje się płynem i nadaje się do ponownego użycia.

Chłodzenie układów 3-D© DARPA

Spodziewamy się, że Honeywell, 3M i inni producenci płynów chłodzących rozpoczną badania nad optymalnym płynem dla przemysłu półprzewodnikowego. W tej chwili jednak Solstice R-1234ze jest najlepszym płynem, na jaki trafiliśmy, mówi Chainer.
Nie tylko IBM i Gatech biorą udział w programie ICECool. Boeing i Raytheon pracują nad chłodzeniem instalacji radarowych i innego sprzętu pracującego na wysokich częstotliwościach. Program ICECool jest prowadzony od czterech lat, a obecnie jego uczestnicy pracują nad przeniesieniem wyników swoich badań z laboratoriów do fabryk. Pierwsze komercyjne produkty powstałe w ramach ICECool mają trafić na rynek już w przyszłym roku.

Polecane: