В Институте теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН разработана технология, которая сочетает микроканальное и микроструйное охлаждение компьютерных чипов. Данный метод позволяет эффективно отводить тепло даже от самых производительных процессоров, что особенно актуально в условиях роста их энергопотребления.
Согласно международному отраслевому прогнозу IRDS 2022, к 2026 году тепловыделение чипов может вырасти еще на 35%. Проблема связана с тем, что при уменьшении площади кристалла и росте его мощности традиционного воздушного обдува становится недостаточно: «горячие точки» быстро перегреваются, что сокращает срок службы устройства.
Предложенный сибирскими исследователями гибридный теплообменник использует воду, которая циркулирует в герметичной медной пластине, прилегающей к чипу. Вода не проводит ток, что обеспечивает безопасность, а специальный гидрофильный слой на стенках каналов помогает поддерживать равномерную тонкую пленку жидкости. Особенностью является использование фазового перехода: жидкость активно кипит, забирая при этом значительно больше энергии, чем при обычном нагреве (на превращение в пар требуется примерно в 20 раз больше энергии).
Однако, как поясняет старший научный сотрудник института Алишер Шамирзаев, при экстремально высоких тепловых потоках в стандартных микроканалах могут образовываться паровые пробки, блокирующие поток жидкости. Из-за этого возникают «сухие пятна», охлаждение резко падает, и температура чипа неконтролируемо растет.
Решить эту проблему призвано дополнение в виде микроструй. Жидкость подается через специальные микроотверстия и тонкими струями направляется непосредственно на перегретые участки, смывая пар и обеспечивая постоянный приток свежей воды. Микроканалы отвечают за энергоэффективный отвод тепла за счет кипения, а микроструйная система — за локальное охлаждение наиболее горячих зон и предотвращение кризиса кипения.
По мнению авторов разработки, применение этой технологии позволит производителям создавать более мощные и компактные устройства без риска перегрева, а также отказаться от массивных радиаторов и громоздких вентиляторов, что сделает электронику экономичнее.
Читайте также: «42-метровый буй вырабатывает энергию из морских волн».