حل مشكلة مكدس الرقاقات ثلاثية الأبعاد وكسر حد قانون مور

لحل مشكلة التبريد السائل عند تكديس الرقائق ثلاثية الأبعاد، قامت وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA)، بالتعاون مع شركة IBM ومعهد جورجيا للتكنولوجيا، بتطوير برنامج تبريد معزز داخل الرقاقة/بين الرقائق يستخدم مادة عازلة. المبرد العازل (بدلاً من الماء).

يقول الباحثون الذين يعملون على النموذج الأولي إن هذه الطريقة تقلل من تكلفة تبريد وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر العملاق عن طريق ضخ المبردات عبر قناة شريحة الموائع الدقيقة بأكملها وضخها بأمان بين كل شريحة، مما يؤدي إلى تبريد الجزء الداخلي من مجموعة الشرائح ثلاثية الأبعاد الأكثر سمكًا.

يستخدم برنامج ICECool التابع لـ DARPA الموائع الدقيقة لتبريد الجزء الداخلي من الركيزة أو الشريحة أو الحزمة على أمل التغلب على قيود التبريد عن بعد من خلال الإدارة الحرارية 'المضمنة'.

يقول تيم تشينر، الباحث الرئيسي في مركز أبحاث واتسون التابع لشركة آي بي إم: 'إن نموذجنا الأولي هو حاسوب عملاق Power7 ذو 8 مراكز'.

يؤدي التقدم المحرز إلى تقليل درجة حرارة الواجهة بمقدار 25 [44]، وتقليل استهلاك الطاقة بنسبة 7%، كما أصبحت بنية التبريد أبسط.

'نعتزم أيضًا تجميع الرقائق ثلاثية الأبعاد على أي ارتفاع للتغلب على القيود المنمنمة التي يفرضها قانون مور.'

عمل فريق تشاينر مع باحثي أبحاث IBM في زيوريخ وتلقى أيضًا الدعم من Georgia Tech.

أثبتت طرق تبريد مكيفات الهواء التقليدية التي تستخدم الهواء البارد والمشتتات الحرارية (أعلى) أنها أقل برودة من الماء الدافئ (وسط)، وتعد التكنولوجيا التي طورها برنامج ICECool التابع لـ DARPA بمزيد من تقليل الحجم والتكلفة باستخدام الأبخرة العازلة (أسفل).

يستعرض تشاينر كيف تغلب التحول في البنية متعددة النواة على الحد الأقصى لسرعة المعالجات البالغ 5 جيجا هرتز قبل بضع سنوات.

الآن، يمكن خفض درجة حرارة الواجهة بمقدار 44 درجة، مما يسمح للمهندس ببدء النبض مرة أخرى.

يقول تشاينر إن تكديس الرقائق ثلاثية الأبعاد مع التبريد العازل يمكن أن يتغلب أيضًا على حد التصغير الذي ينص عليه قانون مور.

عند تبريد مجموعة شرائح ثلاثية الأبعاد بسائل عازل كهربائي، يغلي السائل العازل ويتحول إلى بخار ويستخرج الحرارة من مجموعة شرائح بحجم 50 ميكرون متباعدة عن بعضها البعض بمسافة 100 ميكرون، مما يسمح للمعادن العارية بالمرور عبر الثقوب بين الرقائق، مما يشكل وصلات بينية مثل مبردات المياه بدون قصر -الدوائر.

ويقول: 'إننا نعيش اللحظة الأكثر إثارة في مجال ابتكار الكمبيوتر، حيث تتغلب براعة المهندسين على قيود قانون مور التي كان يُعتقد في السابق أنها لا يمكن التغلب عليها'.

ومن خلال نظام تبريد المياه، تمكنت شركة IBM من التخلص من الحاجة إلى تكييف الهواء في مراكز البيانات.

لكن نظام البخار العازل المعزول الذي تم تطويره لمشروع ICECool يلغي أيضًا الحاجة إلى مبردات (أعلى اليمين) وأبراج التبريد (أعلى اليسار).

قبل اتخاذ قرار باستخدام Solstice Ze r-1234ze من هانيويل، قامت شركة IBM بتقييم عشرات من المبردات لأن المبردات تكون سائلة في درجة حرارة الغرفة ولكنها تتبخر عند درجات حرارة الرقائق العادية (تصل إلى 85 أو 185) وتستخرج الحرارة أثناء قيامها بذلك.

ولأن المبردات تعود إلى حالتها السائلة في درجة حرارة الغرفة، ليست هناك حاجة للضواغط مثل تلك المستخدمة في الثلاجات التقليدية.

في المقابل، لا يتطلب Solstice Ze r-1234ze سوى توجيه ملف أنبوب نحاسي، على غرار جهاز تقطير الكحول أو أنبوب تسخين السيارة، لإعادة الشكل السائل عبر الرقائق أو بينها.

تعتبر مبردات هانيويل أيضًا عازلة للكهرباء، لذا يمكن ضخها بين الرقائق دون الحاجة إلى عزل العناصر المعدنية، بما في ذلك ثقب السيليكون (TSV).

يمكن تنفيذ قنوات ميكروفلويديك عبر شريحة واحدة، تغطي جميع الرقائق المكدسة ثلاثية الأبعاد.

إن أفضل استخدام لمادة التبريد غير القابلة للتآكل على كومة ثلاثية الأبعاد هو تبييض شريحة CMOS إلى سمك 50 ميكرون، مع ترك فجوة قدرها 100 ميكرون بينهما.

يحتوي فاصل مستطيل مجوف حول الحافة على مادة التبريد في المكدس، مع وصلات على كل جانب تضخ السائل من جانب وتزيل البخار من الجانب الآخر.

يمر البخار بعد ذلك عبر جهاز التقطير، مما يسمح لسائل التبريد بالعودة إلى شكله السائل لضخه مرة أخرى إلى كومة الرقائق.

يقول تشاينر: 'نتوقع من الشركات المصنعة للمبردات الخضراء مثل هانيويل و3M أن تقوم بالبحث وإنتاج تركيبات مخصصة لصناعة أشباه الموصلات، ولكن Solstice r-1234ze هو أفضل منتج يمكن أن نجده'.

في حين تركز IBM وGeorgia Tech على أجهزة الكمبيوتر التجارية عالية الأداء في إطار برنامج ICECool، تنتج شركات مثل Raytheon وBoeing حلولاً يمكن استخدامها لتبريد أجهزة الرادار وأجهزة UHF الأخرى في التطبيقات الدفاعية.

حقق برنامج DARPA هدفه في حوالي أربع سنوات.

والآن تقوم شركات IBM وRaytheon وBoeing بنقل التكنولوجيا من مختبراتها البحثية إلى التصنيع.

ومن المتوقع أن تكون هذه التقنيات متاحة في المنتجات التجارية والمعدات العسكرية بحلول عام 2018.

إذا كانت لديك أي أسئلة حول نظام تكديس الرقائق، يمكننا تقديم الدعم الفني والخدمات المهنية.

يمكن تطبيق تطوير منتجات جديدة على شركتنا لمجموعة شرائح المنتجات الجديدة.لقد نجح نظام تكديس الرقائق ثلاثي الأبعاد ونظام تكديس الرقائق وفرن التفريغ العالي في حل مشكلة التغليف ثلاثي الأبعاد للعديد من الشركات.

الاستشارة الفنية: 15911019291 13701314315