Метод охлаждения микрочипов паром оказался в 10 раз эффективнее

Современные системы охлаждения с микроканалами, встроенными непосредственно в чип, ограничены «явным теплом» воды — количеством энергии, которое она может поглотить без изменения агрегатного состояния. Однако при фазовом переходе (испарении) вода поглощает в семь раз больше тепла, что делает двухфазные системы охлаждения намного эффективнее традиционных решений. Именно этот принцип лег в основу новой технологии. Но есть проблема: управлять движением пузырьков пара в крошечных каналах сложно, в результате чего охлаждение работает хуже.

Исследователи обнаружили, что форма каналов и способ распределения жидкости по системе сильно влияют на ее тепловые и гидравлические характеристики. Они решили использовать трехмерные микрофлюидные каналы с капиллярной структурой и распределительным коллекторным слоем. Это обеспечило непрерывный поток воды и пара. Коэффициент производительности (COP) в итоге составил 100 000 — примерно в десять раз выше, чем может обеспечить однофазное водяное охлаждение.

Технология решит проблему перегрева при высокопроизводительных вычислениях и позволит создавать более мощные чипы с меньшими требованиями к охлаждению.

Перспективы применения выходят за рамки микроэлектроники — решение адаптируемо для лазеров, фотодетекторов, светодиодов и радиолокационных систем, а также применимо в автомобильной и аэрокосмической отраслях. Еще одно преимущество заключается в пассивном режиме работы: фазовые переходы жидкости обеспечивают отвод тепла за счёт естественной конвекции, без необходимости в насосах.

С каждым годом чипы становятся компактнее, но при этом выделяют больше тепла на единицу площади. Это требует новых решений в области охлаждения, способных успевать за развитием полупроводниковых технологий. Уже существуют перспективные активные системы, такие как Frore AirJet Mini Slim и Ventiva Ionic Cooling Engine. Однако новая двухфазная технология открывает путь к прорыву в пассивном охлаждении — она эффективно работает в ограниченном пространстве и не требует дополнительного питания.