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El chip de computadora puede mantenerse fresco con sistemas de agua integrados

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Investigadores en Suiza diseñaron un chip de una sola unidad y un sistema de enfriamiento que contiene canales de líquido en el chip adyacentes a las partes más calientes del chip, lo que agrega un impulso impresionante a situaciones de calor limitado, según un nuevo estudio publicado en la revista.Naturaleza.

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Nuevos chips de computadora 'wetware:' con agua adentro

Cuando los procesadores de escritorio superaron por primera vez el nivel de Gigahertz, el consenso sostuvo que no había otro lugar a donde ir más que hacia arriba. Pero el progreso se detuvo cuando los requisitos de energía crearon demasiado calor en un dispositivo determinado para enfriarlo y calcularlo. Incluso los ventiladores y disipadores de calor ordinarios de las computadoras, junto con la refrigeración por agua, no han superado la barrera térmica que a menudo ralentiza los procesadores actuales.

Uno de los problemas con las soluciones de refrigeración líquida es que necesitan transferir energía térmica del chip al agua. Este problema llevó a algunos investigadores a intentar ejecutar líquido dentro del chip, incluidos los que escribieron el nuevo estudio, que coloca canales de líquido en el chip adyacentes a las áreas más propensas al calor de un chip, informa Ars Technica.

Las bombas de agua alimentadas redujeron la eficiencia de enfriamiento de las virutas

Los métodos para extraer calor de un chip generalmente implican múltiples conexiones, desde el chip hasta su empaque y a través de él, y hasta un disipador de calor. Si bien el chip puede colocarse directamente en un líquido conductor de calor, el líquido debe aislarse sin desencadenar reacciones químicas con los componentes electrónicos, ninguno de los cuales se encuentra con el agua.

Un puñado de demostraciones de enfriamiento en chip han surgido a lo largo de los años, pero generalmente involucran sistemas donde el dispositivo integrado con canales de líquido se fusiona en un chip, a través del cual un sistema dedicado bombea fluido.

Si bien esto elimina la energía térmica, las implementaciones tempranas muestran la presencia de una trampa: encender la bomba que mueve el agua a través de los canales del dispositivo requiere más energía de la que se extrae del procesador, lo que reduce la eficiencia energética del sistema a tamaños problemáticos.

La última investigación incorpora estas ideas para impulsar la eficiencia de los sistemas de enfriamiento en chip. Y los investigadores detrás del estudio demuestran que su método funciona mediante el uso de un chip de conversión de energía que evita el rendimiento con reducción de energía térmica.

Ingeniería de agua dentro de chips con GaN

El proceso de construcción del nuevo chip de conversión de energía no fue sencillo. El primer paso consiste en cortar ranuras extremadamente delgadas a través del nitruro de galio (GaN) y en el silicio subyacente. Luego, los investigadores comenzaron un proceso de grabado, que solo afecta al silicio, para aumentar el ancho de los canales y sellar los espacios originales a través del GaN con cobre.

Esto mejora el proceso de conducción de calor al agua. Debajo de los canales descansa un conjunto de pasajes alternados que funcionan como alimentadores y sumideros. El agua fría fluye a través de la alimentación y circula hacia el canal, absorbiendo energía térmica, y luego sale a través de un fregadero adyacente.

Los investigadores configuran el dispositivo para que las partes más calientes de la sección GaN del dispositivo se yuxtapongan directamente a uno de los canales, lo que aumenta la eficiencia de la extracción de calor. Su mejor diseño podría manejar flujos en calor de hasta 1.700 W por centímetro cuadrado (0.155 pulgadas cuadradas) mientras detiene el aumento de temperatura del chip a 140 ° F (60 ° C).

Con la inminente llegada de las computadoras cuánticas, es importante encontrar formas para que los chips basados ​​en silicio se mantengan fríos para optimizar la potencia computacional. El agua, considerada en el sentido común como una sentencia de muerte para los chips de computadora, también puede acelerar el avance de la tecnología informática moderna.


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