Решите проблему стека 3D-чипов и преодолейте ограничения закона Мура

Чтобы решить проблему жидкостного охлаждения при штабелировании 3D-чипов, Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) в сотрудничестве с IBM и Технологическим институтом Джорджии разработало программу улучшенного внутри- и межчипового охлаждения, в которой ИСПОЛЬЗУЕТСЯ изолирующий слой. диэлектрический хладагент (вместо воды).

Исследователи, работающие над прототипом, говорят, что этот метод снижает стоимость охлаждения процессора суперкомпьютера за счет прокачки хладагентов через весь канал микрофлюидного чипа и безопасной перекачки их между каждым чипом, охлаждая даже внутреннюю часть самого толстого стека трехмерных чипов.

Программа ICECool DARPA ИСПОЛЬЗУЕТ микрофлюидику для охлаждения внутренней части подложки, чипа или корпуса в надежде преодолеть ограничения дистанционного охлаждения со «встроенным» управлением температурой.

«Наш прототип — 8-ядерный суперкомпьютер Power7», — говорит Тим ​​Чейнер, главный исследователь исследовательского центра IBM Watson.

Достигнутый прогресс снижает температуру интерфейса на 25°С [44], снижает энергопотребление на 7%, а архитектура охлаждения упрощается.

«Мы также намерены укладывать 3D-чипы на любую высоту, чтобы преодолеть миниатюрные ограничения закона Мура».

Команда Чейнера работала с исследователями IBM Research в Цюрихе, а также получила поддержку от Технологического института Джорджии.

Обычные методы охлаждения с помощью систем кондиционирования воздуха, в которых используется холодный воздух и радиаторы (вверху), оказались менее прохладными, чем теплая вода (в центре), а технология, разработанная в рамках программы DARPA ICECool, обещает дальнейшее сокращение размеров и стоимости за счет использования паров диэлектрика (внизу).

Чейнер рассказывает, как несколько лет назад смена многоядерной архитектуры преодолела ограничение скорости процессоров в 5 ГГц.

Теперь температуру интерфейса можно снизить на 44, что позволит инженеру снова запустить импульс.

Чейнер говорит, что объединение 3D-чипов с диэлектрическим охлаждением также может преодолеть предел миниатюризации, установленный законом Мура.

При охлаждении стека 3D-микросхем изолирующей диэлектрической жидкостью диэлектрическая жидкость превращается в пар и отбирает тепло от 50-микронного стека, расположенного на расстоянии 100 микрон друг от друга, позволяя голому металлу проходить через отверстия между чипами, образуя межсоединения, подобные водяным охладителям без короткого замыкания. -циркуляция.

«Мы живем в самый захватывающий момент компьютерных инноваций, — говорит он, — когда изобретательность инженеров преодолевает ограничения закона Мура, которые когда-то считались непреодолимыми».

Благодаря системе водяного охлаждения IBM смогла устранить необходимость в кондиционировании воздуха в центрах обработки данных.

Но изолированная диэлектрическая паровая система, разработанная для проекта ICECool, также устраняет необходимость в охладителях (вверху справа) и градирнях (вверху слева).

Прежде чем принять решение об использовании Honeywell Solstice Ze r-1234ze, IBM оценила дюжину хладагентов, поскольку хладагенты являются жидкими при комнатной температуре, но испаряются при обычных температурах чипов (до 85 или 185°С) и при этом отводят тепло.

Поскольку хладагенты возвращаются в жидкое состояние при комнатной температуре, нет необходимости в компрессорах, подобных тем, которые используются в традиционных холодильниках.

Напротив, Solstice Ze r-1234ze требует только направления медной трубчатой ​​катушки, похожей на спиртовой дистиллятор или автомобильную тепловую трубку, для возврата жидкой формы через чипы или между ними.

Хладагенты Honeywell также являются диэлектриками, поэтому их можно прокачивать между чипами без необходимости изоляции металлических элементов, включая силиконовую перфорацию (TSV).

Микрофлюидные каналы могут быть реализованы с помощью одного чипа, охватывающего все сложенные трехмерные чипы.

Лучшее использование некоррозионного хладагента в 3D-стеке — отбелить CMOS-чип до толщины 50 микрон, оставив между ними зазор в 100 микрон.

Полая прямоугольная прокладка по краю содержит хладагент в трубе, причем соединения с каждой стороны закачивают жидкость с одной стороны и удаляют пар с другой.

Затем пар проходит через перегонный аппарат, позволяя хладагенту вернуться в жидкую форму для перекачки обратно в стружку.

«Мы ожидаем, что производители экологически чистых хладагентов, такие как Honeywell и 3M, будут исследовать и производить индивидуальные рецептуры для полупроводниковой промышленности, но Solstice r-1234ze — лучший продукт, который мы можем найти», — говорит Чейнер.

В то время как IBM и Georgia Tech сосредоточены на высокопроизводительных коммерческих компьютерах в рамках программы ICECool, такие компании, как Raytheon и Boeing, производят решения, которые можно использовать для охлаждения радиолокационных устройств и других СВЧ-устройств в оборонных приложениях.

Программа DARPA достигла своей цели примерно за четыре года.

Сейчас IBM, Raytheon и Boeing переносят технологии из своих исследовательских лабораторий в производство.

Ожидается, что эти технологии будут доступны в коммерческой продукции и военной технике уже в 2018 году.

Если у вас есть какие-либо вопросы о системе стека микросхем, мы можем предоставить профессиональную техническую поддержку и услуги.

Разработка новых продуктов может быть применена к нашей компании для создания чипов новых продуктов.Наша система штабелирования 3D-стружки, система штабелирования стружки и высоковакуумная печь решили проблему 3D-упаковки для многих компаний.

Техническая консультация: 15911019291 13701314315