Giải pháp làm mát siêu nhỏ chinh phục thách thức quá nhiệt chip bán dẫn

10 giờ trướcBài gốc

Việc thu nhỏ về kích thước chip bán dẫn, nhưng vẫn phải đảm bảo "bùng nổ" hiệu năng ngày càng tạo ra không ít thách thức về quản lý nhiệt. Chính điều này đã trở thành rào cản lớn nhất đối với sự phát triển của công nghệ vi mạch hiện nay.

Sự tích hợp dày đặc của các bóng bán dẫn trong mỗi con chip đã dẫn đến mật độ nhiệt tăng cao đột biến, làm suy giảm hiệu suất và tuổi thọ của hầu như mọi thiết bị, từ điện thoại thông minh cho đến các bộ xử lý AI chuyên dụng.

Chính vì những thách thức trên, các nhà khoa học, chuyên gia về công nghệ vẫn ngày đêm nghiên cứu tìm tòi những giải pháp tản nhiệt tối ưu nhất. Mới đây, nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã tìm ra một giải pháp hứa hẹn, một thiết bị làm mát vi lỏng (microfluidic cooling device) với cấu trúc xếp chồng ba lớp được thiết kế để loại bỏ nhiệt một cách chính xác và hiệu quả cực kỳ hứa hẹn.

Hệ thống tản nhiệt 3 lớp có khả năng loại bỏ 3.000W công suất nhiệt khỏi mỗi centimet vuông diện tích bề mặt của chip, trong khi chỉ tiêu tốn 0,9W công suất điện để chạy bơm trên mỗi centimet vuông diện tích làm mát

Phát minh này không chỉ là một hệ thống làm mát đơn thuần mà là một kiến trúc quản lý nhiệt thông minh được tích hợp trực tiếp, tận dụng nguyên lý của vi lỏng học (microfluidics) - ngành khoa học và kỹ thuật nghiên cứu dòng chảy của chất lỏng trong các kênh dẫn có kích thước cực nhỏ để đưa chất lỏng làm mát đến tận cùng nguồn nhiệt. Sức mạnh của thiết bị nằm ở sự phối hợp nhịp nhàng và mục đích cụ thể của từng lớp cấu thành, tạo nên một hệ thống tản nhiệt cực kỳ tinh vi trong một không gian siêu nhỏ.

Lớp đầu tiên trong cấu trúc ba lớp của hệ thống tản nhiệt này gồm các ống côn, đóng vai trò như một bộ điều phối chất lỏng làm mát một cách đồng đều trên toàn bộ bề mặt của chip, tránh sự xuất hiện của các điểm nóng cục bộ.

Tâm điểm của công nghệ này là lớp thứ hai, hay còn gọi là lớp vi tia nước chứa các vòi phun siêu nhỏ. Những vòi phun này tạo ra các dòng chất lỏng có tốc độ cao được bắn trực tiếp vào bề mặt của chip. Chức năng quan trọng nhất của lớp này là cải thiện sự truyền nhiệt bằng cách trực tiếp nhắm vào ranh giới nhiệt, khu vực mà nhiệt độ thường tích tụ và khó bị loại bỏ nhất. Lực tác động và tốc độ của các tia nước giúp phá vỡ ranh giới nhiệt này, cho phép chất lỏng làm mát hấp thụ nhiệt một cách nhanh chóng và triệt để hơn nhiều so với các phương pháp làm mát thụ động truyền thống.

Cuối cùng, lớp thứ ba và cũng là lớp hoàn thiện, được cấu thành từ các rãnh cực nhỏ (vi kênh) được khắc vào silicon. Sau khi đã hoàn thành nhiệm vụ hấp thụ nhiệt từ bề mặt chip, chất lỏng làm mát sẽ được dẫn ra ngoài thông qua mạng lưới vi kênh này. Các vi kênh hoạt động như các đường ống thoát nước hiệu suất cao, đảm bảo chất lỏng đã hấp thụ nhiệt được đưa ra khỏi chip một cách nhanh chóng để nhường chỗ cho dòng chất lỏng mát mới, duy trì chu trình làm mát liên tục và ổn định.

Thiết kế hệ thống tản nhiệt 3 lớp siêu nhỏ gọn này đã tạo nên một giải pháp tản nhiệt tổng thể với hiệu suất vượt trội. Thay vì phải đối phó với nhiệt độ bằng các tấm tản nhiệt lớn và cồng kềnh, công nghệ này cho phép các nhà thiết kế tích hợp hệ thống tản nhiệt trực tiếp vào bên trong hoặc ngay sát vi mạch.

Thiết bị làm mát vi lỏng ba lớp này không chỉ là một bước tiến về mặt kỹ thuật, mà còn là nền tảng cho thế hệ điện tử tiếp theo nhất là khi smartphone, laptop và các thiết bị điện tử cá nhân ngày càng trở nên nhỏ gọn. Khả năng kiểm soát nhiệt độ đồng đều và hiệu quả cao của thiết kế 3 lớp tản nhiệt mới sẽ cho phép các nhà sản xuất chế tạo những con chip mạnh mẽ hơn mà không phải lo lắng về việc quá nhiệt, mở đường cho sự phát triển của các thiết bị điện toán di động có hiệu suất cao và máy chủ có mật độ năng lượng dày đặc hơn, từ đó định hình lại tốc độ và hiệu quả của ngành công nghiệp công nghệ trong tương lai.

Quỳnh Lâm

Theo Tin dịch tổng hợp

Nguồn DNSG : https://doanhnhansaigon.vn/giai-phap-lam-mat-sieu-nho-chinh-phuc-thach-thuc-qua-nhiet-chip-ban-dan-328195.html