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芯片散热技术取得重大突破,有望大大降低数据中心电力成
日期:2019-03-21 10:34:37
一队机械工程研究人员表示,粘在微处理器上用于散热的传统被动散热片效果不够好,无法适应当今的高速计算和数据吞吐量,应该被丢弃。
他们表示,一种更好的选择是“散热剂可以穿过处理器上微小通道内的螺旋或迷宫状结构”。纽约宾厄姆顿大学的助理教授Scott Schiffres在该校官网上的一篇文章中说,这种技术可以大大提高效率。该校开发出了这种为芯片散热的新方法。
 
Schiffres以及两名研究生Arad Azizi和Matthias A. Daeumer参与了这项研究,他们表示,该技术可以让电子设备在低18华氏度的状态下运行,数据中心的耗电量有望减少5%。
 
他们表示,该发明在制造过程中将类似3D打印、将使用增材印刷方法的微通道合金粘到硅芯片上,而不是使用粘在散热片上这一传统方法。
 
目前,散热片将芯片发出的热量导走,常常由多块铜或铝质散热片组成,并贴有散热膏。它们之所以能这么做,一方面是由于其表面比芯片表面大,另外使用铝之类的导热材料。然后芯片可以更快地运行而不过热、出故障。热量通常散发到周围的空气或水中。
 
该大学解释:“为了让散热片工作,必须通过散热介质材料(比如导热膏)连接到CPU或图形处理器上。”
 
问题是,这种方法天生低效。粘合的散热介质材料虽然填充了散热片和芯片之间的微小空隙(还阻止散热片脱落),但效果不如完全无缝的材料好。在此之前,这是不可能实现的――一方面,散热片粘不久,另外会有空隙,因而影响导热效果。
 
在芯片上印制散热微通道
 
宾厄姆顿大学的研究人员表示,他们的增材印刷技术解决了这个问题,方法是将散热机制直接牢牢地粘合到硅片上,撇开了任何介质。Schiffres说:“我们计划将微通道直接印制到芯片上。”
 
他们使用了只有人类头发千分之一这么薄的锡银钛合金,以便进行金属粘合。熔化激光器以亚毫秒级操作将散热通道直接印制到硅上。因此,微处理器不再需要典型的两层导热膏材料和所谓的“盖子”(散热器与芯片之间的散热片层)。
 
他们说,这并不容易。研究人员在发表于《Additive Manufacturing》杂志上的论文中解释,金属和合金整体上无法很好地粘附在硅片上,强度受到影响。还存在热膨胀不匹配方面的问题。
 
降低电力成本,拯救地球
 
Schiffres说,这项发明切实可行,不仅可以提高电子产品和数据中心的效率(他称每年可为数据中心节省4.38亿美元的电费),还可以消除因发电而排放的37亿磅二氧化碳,以此拯救地球。
 
Schiffres声称:“它还将减少约1000万公吨的有毒电子废物,这足以塞满25座帝国大厦,那归功于热量引起的设备故障率较低。”
 
快速过热的图形处理器尤其会受益。事实上,正是计算机游戏玩家给了团队设计思路:游戏玩家常常拿掉显卡上的散热片盖子以及其中一层粘膏,以此改善导热效果。
 
Schiffres说:“这将意味着高端电子产品、数据中心和计算密集型程序(比如视频编辑工具和视频游戏)将迎来巨大变化。”

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