芯片散熱出現(xiàn)新方法 可以穿過處理器上的螺旋或迷宮狀結(jié)構(gòu)提高效率

一隊(duì)機(jī)械工程研究人員表示，粘在微處理器上用于散熱的傳統(tǒng)被動(dòng)散熱片效果不夠好，無法適應(yīng)當(dāng)今的高速計(jì)算和數(shù)據(jù)吞吐量，應(yīng)該被丟棄。

他們表示，一種更好的選擇是“散熱劑可以穿過處理器上微小通道內(nèi)的螺旋或迷宮狀結(jié)構(gòu)”。紐約賓厄姆頓大學(xué)的助理教授Scott Schiffres在該校官網(wǎng)上的一篇文章中說，這種技術(shù)可以大大提高效率。該校開發(fā)出了這種為芯片散熱的新方法。

Schiffres以及兩名研究生Arad Azizi和Matthias A. Daeumer參與了這項(xiàng)研究，他們表示，該技術(shù)可以讓電子設(shè)備在低18華氏度的狀態(tài)下運(yùn)行，數(shù)據(jù)中心的耗電量有望減少5%。

他們表示，該發(fā)明在制造過程中將類似3D打印、將使用增材印刷方法的微通道合金粘到硅芯片上，而不是使用粘在散熱片上這一傳統(tǒng)方法。

目前，散熱片將芯片發(fā)出的熱量導(dǎo)走，常常由多塊銅或鋁質(zhì)散熱片組成，并貼有散熱膏。它們之所以能這么做，一方面是由于其表面比芯片表面大，另外使用鋁之類的導(dǎo)熱材料。然后芯片可以更快地運(yùn)行而不過熱、出故障。熱量通常散發(fā)到周圍的空氣或水中。

該大學(xué)解釋：“為了讓散熱片工作，必須通過散熱介質(zhì)材料（比如導(dǎo)熱膏）連接到CPU或圖形處理器上。”

問題是，這種方法天生低效。粘合的散熱介質(zhì)材料雖然填充了散熱片和芯片之間的微小空隙（還阻止散熱片脫落），但效果不如完全無縫的材料好。在此之前，這是不可能實(shí)現(xiàn)的――一方面，散熱片粘不久，另外會(huì)有空隙，因而影響導(dǎo)熱效果。

在芯片上印制散熱微通道

賓厄姆頓大學(xué)的研究人員表示，他們的增材印刷技術(shù)解決了這個(gè)問題，方法是將散熱機(jī)制直接牢牢地粘合到硅片上，撇開了任何介質(zhì)。Schiffres說：“我們計(jì)劃將微通道直接印制到芯片上?！?/p>

他們使用了只有人類頭發(fā)千分之一這么薄的錫銀鈦合金，以便進(jìn)行金屬粘合。熔化激光器以亞毫秒級(jí)操作將散熱通道直接印制到硅上。因此，微處理器不再需要典型的兩層導(dǎo)熱膏材料和所謂的“蓋子”（散熱器與芯片之間的散熱片層）。

他們說，這并不容易。研究人員在發(fā)表于《Additive Manufacturing》雜志上的論文中解釋，金屬和合金整體上無法很好地粘附在硅片上，強(qiáng)度受到影響。還存在熱膨脹不匹配方面的問題。

降低電力成本，拯救地球

Schiffres說，這項(xiàng)發(fā)明切實(shí)可行，不僅可以提高電子產(chǎn)品和數(shù)據(jù)中心的效率（他稱每年可為數(shù)據(jù)中心節(jié)省4.38億美元的電費(fèi)），還可以消除因發(fā)電而排放的37億磅二氧化碳，以此拯救地球。

Schiffres聲稱：“它還將減少約1000萬公噸的有毒電子廢物，這足以塞滿25座帝國大廈，那歸功于熱量引起的設(shè)備故障率較低?！?/p>

快速過熱的圖形處理器尤其會(huì)受益。事實(shí)上，正是計(jì)算機(jī)游戲玩家給了團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)思路：游戲玩家常常拿掉顯卡上的散熱片蓋子以及其中一層粘膏，以此改善導(dǎo)熱效果。

Schiffres說：“這將意味著高端電子產(chǎn)品、數(shù)據(jù)中心和計(jì)算密集型程序（比如視頻編輯工具和視頻游戲）將迎來巨大變化?！?/p>