Algunos bloques de refrigeración liquida fabricados mediante impresión 3D en la conferencia ITF World en Amberes, Bélgica, atrajo la mirada de todos. Estos prototipos de bloques para refrigeración por agua son capaces de mejorar la eficiencia de enfriamiento de componentes como CPU y GPU hasta un 3.5 veces, comparado con las soluciones de enfriamiento más sofisticadas que existen hoy en día, por lo menos eso es lo que dice el fabricante. Los hallazgos de esta investigación podrían abrir la puerta a una nueva generación de sistemas de enfriamiento líquido para una amplia gama de semiconductores (procesadores, chips).
La refrigeración líquida directa, en la que el líquido refrigerante pasa sobre la matriz del procesador, es una solución obvia para disipar eficazmente el exceso de calor de los chips modernos. imec en este sentido está liderando el camino en el desarrollo de nuevas técnicas para explotar todas las capacidades de los chips. Esto se vuelve cada vez más importante con cada nueva generación de chips a medida que aumenta el consumo y nos quedamos sin opciones para reducir el consumo de energía, estamos en la recta final de los nodos de fabricación a 3nm, 2nm y que queda después de eso? Además, los transistores más pequeños conducen a una mayor densidad de potencia, lo que dificulta el enfriamiento y, en última instancia, limita el rendimiento del chip.
Un problema térmico que irá en aumento
Si hablamos de los chips actuales ya están llegando a sus límites de rendimiento, por lo que ciertas áreas del chip se desactivan durante el funcionamiento para mantener ciertos límites de temperatura y TDP. Esto significa que la mayoría de los chips solo utilizan parte de su rendimiento en un funcionamiento normal. Este problema continúa empeorando con cada nueva generación de chips. Las CPU modernas como las AMD Epyc Genoa ya están alcanzando un máximo de 400 W, y los planes futuros apuntan a chips parea servidores de 600 W.
Diseños no convencionales, un cambio necesario
A diferencia de los diseños tradicionales de enfriamiento por agua, que utilizan un bloque de agua que hacen contacto en el IHS del procesador, los bloques prototipo impresos en 3D que se muestran aquí permiten que el líquido fluya directamente sobre el chip. Esto mejora el rendimiento de refrigeración al bombear liquido refrigerante directamente sobre la superficie del procesador.
Los procesadores actuales tiene IHS, y es donde hace contacto los bloques de Agua de los sistemas de refrigeración. Para que entiendan un poco más les cuento que el IHS, o Integrated Heat Spreader (Disipador de Calor Integrado en español), es una pieza de metal colocada sobre un procesador para ayudar a dispersar el calor que este genera durante su funcionamiento.
El propósito del IHS es dispersar el calor generado por el núcleo del procesador a lo largo de una superficie más grande, permitiendo así que el enfriador instalado encima pueda disipar el calor de manera más eficiente. En otras palabras, el IHS funciona como un conducto para transferir el calor desde el núcleo del procesador hacia el enfriador.
Por otro lado, el IHS también tiene como finalidad proteger al chip del procesador de daños físicos, como serían aquellos que se pueden producir durante la instalación del enfriador.
El uso de bloques de agua impresos en 3D permite la creación rápida de prototipos, mientras que imec utiliza varios tipos de polímeros estándar con la impresión 3D para garantizar que los bloques de agua puedan soportar los requisitos de estrés de temperatura. No está claro si estos diseños se pueden imprimir en una impresora 3D convencional o una impresora industrial, seguramente por lo que vemos en la foto será la segunda. Los bloques de agua impresos en 3D ofrecen múltiples opciones de personalización, incluida la disposición personalizada de las boquillas, como se muestra en las imágenes. Estos permiten que el líquido llegue directamente sobre áreas específicas de la superficie del chip, núcleos y otras áreas del chip con alta generación de calor. Esto claramente mejora el rendimiento de enfriamiento. Los bloques de agua están diseñados para ocupar poco espacio y actualmente utilizan una junta, especial, la cual no fue revelada, para evitar fugas de líquido alrededor del bloque de agua.
Bloques para CPU impresos en 3D
Lo interesante en este caso es que se podría utilizar casi cualquier fluido dieléctrico para estos enfriadores, ya hemos visto PC enteras sumergidas en este tipo de líquidos. Si bien el líquido no es conductor, las áreas alrededor del chip, como los capacitores y otros circuitos electrónicos, deben sellarse cuando se usa refrigeración líquida directa. Sin embargo, para mantener el líquido refrigerante lo más cerca posible del chip, la parte superior del chip permanece sin sellar. Los investigadores meten el líquido directamente sobre la superficie lisa del chip, aunque se están explorando otros enfoques, como agregar ranuras en la parte superior del chip para mejorar aún más el rendimiento de enfriamiento. La confiabilidad del sello es un desafío, debido a los rápidos cambios de temperatura. Con esto, Imec trabaja sistemáticamente para encontrar la combinación correcta de todos los materiales para garantizar la confiabilidad a largo plazo.
Los investigadores de imec afirman que pueden enfriar hasta 1.000 W por centímetro cuadrado (100 W por mm²) o incluso hasta 500 W por mm². En aplicaciones convencionales, estos sistemas de refrigeración de chips podrían permitir una potencia de enfriamiento de hasta 350 W por centímetro cuadrado o alrededor de 3,5 W por mm². Esto supondría un aumento de un factor de 3,5 en comparación con lo que conocemos actualmente.
Esto que vemos en la nota, ofrece una de las formas más sencillas de aumentar el rendimiento de refrigeración a un costo razonable. Otras técnicas, como investigaciones propuestas por TSMC en la que el refrigerante entra a través de microcanales en el propio chip, son, por supuesto, mucho más exóticas y costosas, y solo se implementarán en un futuro lejano.
Fuente: Tomshardware