3D打印水冷頭 釋放計算能力

2023-0*-23 0*:*2:30 作者：老王

一系列3D打印的處理器冷卻器是ITF世界會(huì )議上最有趣的演講之一，該會(huì )議由芯片研究巨頭imec在比利時(shí)安特衛普舉辦。這些原型水塊提高了冷卻密集處理器（如CPU和GPU）的能力，比我們今天在最好的CPU散熱器中看到的各種解決方案提高了3.*倍，從而實(shí)現了更高的功率密度，并釋放了現代芯片中未開(kāi)發(fā)的性能。這項研究的結果可以為各種芯片帶來(lái)根本性的新水冷器。

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將液體直接壓在處理器芯片上的裸片冷卻正在成為處理較新芯片產(chǎn)生的多余熱量的最明顯的步驟之一，而IMEC正在用新技術(shù)引領(lǐng)這一方向，以釋放最密集工藝節點(diǎn)的全部性能。隨著(zhù)每一代新芯片的誕生，這一點(diǎn)變得越來(lái)越重要，因為隨著(zhù)更小的節點(diǎn)，功耗的降低比例越來(lái)越小，功耗急劇增加。此外，更小的晶體管使功率密度更高，使冷卻工作更加復雜，最終限制了芯片的性能。

芯片設計師的最終目標是在更小的空間內完成更多的工作。然而，今天的芯片已經(jīng)受到了功率限制，當芯片運行時(shí)，"暗硅 "區域被關(guān)閉，以保持在一定的TDP和溫度限制之內。這意味著(zhù)大多數芯片在正常運行時(shí)只使用其部分潛力。此外，這個(gè)問(wèn)題只會(huì )隨著(zhù)每一代芯片的出現而加劇--像AMD的Epyc Genoa這樣的現代CPU的最高功率已經(jīng)達到了400W，而路線(xiàn)圖則指向未來(lái)的600W服務(wù)器芯片。

與標準的水冷方法相比，3D打印的原型冷卻器使用一個(gè)獨立的水箱，該水箱有一個(gè)與芯片散熱器配套的冷板來(lái)冷卻處理器，下面相冊中的原型3D打印冷卻器迫使液體直接在裸露的處理器芯片上，從而通過(guò)將冷卻劑直接泵到處理器的表面來(lái)提高冷卻能力。

3D打印的水塊可以快速制作原型，imec使用3D打印中使用的不同類(lèi)型的標準聚合物，以確保水塊能夠處理溫度負荷。目前還不清楚人們是否可以在最好的3D打印機上打印這些設計。

3D打印的水塊可以通過(guò)幾種不同的方式進(jìn)行定制，定制的噴嘴陣列（你可以在圖片中看到這些）將液體直接噴射到芯片表面的目標區域，例如直接在個(gè)別核心或用于矢量操作的芯片高發(fā)熱區域，以提高冷卻能力。

水塊也是定制的，以盡可能消耗最少的空間，目前使用一個(gè)O型環(huán)來(lái)防止液體從水塊周?chē)鷿B出。當然，imec正在試驗幾種不同類(lèi)型的密封機制和不同類(lèi)型的3D打印材料用于水塊。

幾乎任何介電液體都可以用于這些冷卻器，如處理過(guò)的水或制冷劑。自然，即使液體不導電，裸片液體冷卻也需要密封芯片周?chē)膮^域，如PCB上的電容器和其他電子電路。然而，為了使冷卻劑盡可能接近芯片，裸片的頂部沒(méi)有任何密封劑。研究人員直接在光滑的芯片表面泵送液體，但其他方法，如在芯片頂部添加條紋，可以釋放出更多的冷卻性能。

由于快速的熱循環(huán)和與系統中使用的各種冷卻劑的相互作用，密封劑帶來(lái)了長(cháng)期的可靠性挑戰。盡管如此，imec仍在有條不紊地努力尋找所有材料的正確組合，以確保長(cháng)期的可靠性。