Nestejäähdytys siirtyy piille

Käyttämällä mikrokanavia, jotka on leikattu suoraan kaupallisen FPGA-piirin taustaan, Georgia Institute of Technologyn tutkijat laittavat nestejäähdytyksen sinne missä sitä eniten tarvitaan - muutaman sadan mikrometrin päähän transistoreista.

Suoraan piisirua jäähdyttäen tutkijat saivat piirin toimimaan lämpötiloissa, jotka ovat yli 60 prosenttia pienemmät kuin vastaavien ilmajäähdytteisien sirujen. Paremman laskentatehon lisäksi alempi lämpötila tarkoittaa pitempää laitteen käyttöikää ja vähemmän vuotovirtoja.

Sirun jäähdytys toteutettiin deionisoidulla vedellä, joka virtaa mikrofluidisissa kanavissa. Ne korvaavat massiiviset ilma- tai vesijäähdytteiset jäähdytyslevyt, joita normaalisti sijoitetaan mikropiirien pintaan.

Tutkimuksen uskotaan olevan ensimmäinen esimerkki korkean suorituskyvyn CMOS-sirun suorasta nestejäähdytyksestä. Yleensä jäähdytys toteutetaan sirukoteloinnin pinnalta. Sirun ja pinnan välissä oleva kotelointi- ja lämmönsiirtomateriaali aiheuttavat omat lämpöresistanssinsa mikä heikentää lämmönsiirron tehokkuutta.

Tutkijat poistivat Alteran valmistamasta FPGA-kotelosta jäähdytyslevyn ja lämmönsiirtomateriaalit. Sitten he syövyttivät itse piisiruun jäähdytyskanavia ja sisällyttäen piihin myös halkaisijaltaan noin 100 mikronin sylintereitä parantaakseen lämmön siirtoa nesteeseen. Sitten virtauskanavien päälle asetettiin piikerros sekä liitännät vesiputkiin.

Kun veden tulolämpötila on noin 20 astetta ja sisääntulon virtausnopeus 147 millilitraa minuutissa, nestejäähdytteinen FPGA toimii lämpötilassa alle 24 astetta, verrattuna ilmajäähdytteiseen piiriin, joka toimi 60 asteessa.

Tutkimusryhmä valitsi testattavaksi FPGA-piirin, koska ne tarjoavat mahdollisuuden testata erilaisia piirimalleja, mutta tekniikkaa voitaisiin käyttää jäähdyttämään muunkinlaisia piisiruja.

Erillisessä tutkimushankkeessa, osa tutkijoista osoitti kuparisten läpivientien valmistuksen jäähdytystä varten tehtyjen piisylinterien läpi. Näin syntyneet korkean sivusuhteen kupariset läpiviennit mahdollistavat pienemmän kapasitanssin siruja toisiinsa pinottaessa.