سيتم التبريد عن طريق تدفق الماء بين طبقات الرقائق الصغيرة
يعمل علماء شركة IBM على تطوير تقنية جديدة لتبريد شرائح الكمبيوتر المرتبة في هيكل ثلاثي الأبعاد - مكون فوق مكون - عن طريق تدفق المياه بين الطبقات المختلفة.
يعتبر تبديد الحرارة بالسائل أكثر كفاءة عدة مرات مقارنة بالتبريد بالهواء، الذي يستخدم في الرقائق العادية - مما يفتح الطريق لاختراق التنبؤات التقليدية كما هي محددة في إطار قانون مور، فيما يتعلق بالتطور المستقبلي للقدرة الحاسوبية .
هذا التطور مهم بشكل خاص لأنه من المتوقع أن يكون إجمالي إنتاج الحرارة لشريحة ثلاثية الأبعاد مرتفعًا للغاية: ما يقرب من كيلووات كامل لكل سنتيمتر مكعب من الشريحة - عشرة أضعاف أي جهاز آخر صنعه الإنسان على الإطلاق. في الواقع، كثافة إنتاج الطاقة (كمية الحرارة لكل وحدة حجم معينة) في مثل هذه الشريحة أعلى من تلك الموجودة في المفاعلات النووية.
قدم الباحثون في مختبرات أبحاث IBM في زيوريخ، بالتعاون مع معهد فراونهوفر في برلين، تقنية جديدة وفعالة بشكل خاص لتبريد الرقائق في هيكل ثلاثي الأبعاد - بمساعدة الماء. النموذج الأولي الموضح الآن يسحب ويحقن كميات صغيرة من الماء - مباشرة بين طبقات السيليكون. يسمح الهيكل الجديد بوضع وحدات المعالجة ومكونات الذاكرة واحدة فوق الأخرى، والتي حتى الآن لا يمكن وضعها إلا بجانب بعضها البعض. وبذلك أصبح من الممكن تقليل أبعاد الشريحة وتحسين أدائها، وذلك بفضل تقصير المسافة المادية بين المعالج والذاكرة، وبفضل إمكانية التشغيل بسرعات أعلى، دون الحرارة المتولدة مع الزيادة. في معدل الساعة مما يعرض الشريحة للخطر أو يعطل أدائها.
منذ حوالي عام، قدمت شركة IBM ابتكارات في عمليات تصنيع الرقائق متعددة الطبقات ذات البنية ثلاثية الأبعاد، والتي تتيح اختصار المسافة التي يتعين على المعلومات قطعها داخل الشريحة إلى جزء من الألف من المسافة النموذجية للرقائق ذات البنية ثنائية الأبعاد، ومضاعفة عدد قنوات البيانات المتوفرة في كل شريحة 100 مرة.
يقوم العلماء في شركة IBM بدراسة مفاهيم وأساليب مختلفة لوضع وحدات الذاكرة فوق المعالجات - من أجل الوصول في نهاية المطاف إلى شرائح تدمج عددًا كبيرًا من نوى المعالجة فوق بعضها البعض. المشكلة هي أن سيناريوهات البناء المعقدة هذه تشكل تحديًا حقيقيًا في مجال التبريد. لا يمكن توسيع طرق التبريد التقليدية وتحديثها ضمن التكنولوجيا الحالية - والمطلوب هو التبريد بين الطبقات. حتى الآن، لم تتمكن أي شركة مصنعة للرقائق من تقديم نموذج عملي لنظام التبريد هذا.
يقوم فريق IBM بتدفق الماء إلى نظام التبريد، وهو مصنوع من أنابيب ذات مقطع عرضي مماثل لشعرة الرأس المتوسطة - 50 ميكرون فقط. يتم ترتيب هذه الأنابيب بين طبقات الشريحة، وتحول بكفاءة الحرارة المتولدة أثناء النشاط. تسمح خصائص التوصيل الحراري المحسنة للمياه بتبريد وإزالة حرارة 180 واط لكل سم4 من طبقة الرقاقة، التي تشغل إجمالي XNUMX سمXNUMX. ومن الواضح أن النهج الكلاسيكي، الذي يتم فيه تبريد الجانب الخارجي فقط من الشريحة، لا يسمح ببناء هيكل ثلاثي الأبعاد، حيث يتم ترتيب الدوائر واحدة فوق الأخرى.
ومن أجل إثبات فعالية تقنية IBM الجديدة، قام الباحثون بتدفق المياه من خلال هيكل تجريبي بأبعاد 1x1 سم، والذي يتضمن طبقة تبريد واحدة تقف بين مصدرين للحرارة. وتحتوي طبقة التبريد، التي يبلغ ارتفاعها 100 ميكرون، على 10,000 من الشعيرات الدموية الأفقية الصغيرة التي يمر من خلالها الماء. وتمكن الباحثون من التغلب على المشاكل التقنية لتصميم وتبريد هيكل تبريد محكم الغلق بالكامل، مما يضمن تدفقًا فعالًا وموحدًا وسريعًا للمياه - ويحافظ على الغلق الكامل، لتجنب خطر التسرب والدوائر القصيرة في الدوائر الكهربائية. . تقارن BMW التحدي المتمثل في تعقيد نظام التبريد هذا بالتحدي الذي يواجهه الدماغ البشري: حيث تنقل الملايين من الأعصاب والخلايا العصبية الإشارات فيما بينها - دون التدخل أو الاتصال غير المرغوب فيه بعشرات الآلاف من الأوعية الدموية التي تزود الطاقة وتنظم مستوى الحرارة. .
يتم إنشاء الطبقات المختلفة باستخدام تقنيات الإنتاج المعروفة في عالم الإلكترونيات الدقيقة - باستثناء إضافة عملية فريدة مطلوبة لإنشاء ثقوب صغيرة، أو تجويف يسمح بمرور الإشارات بين الطبقات المختلفة. وتم عزل هذه القنوات من خلال ترك "جدار سيليكون" حول كل وصلة بين الطبقات، وإضافة طبقة من أكسيد السيليكون التي تعزل التوصيل الكهربائي عن الماء. تم تنفيذ عملية إنتاج هذا الهيكل المعقد بدقة تصل إلى 10 ميكرون - أي عشرة أضعاف الدقة المطلوبة في مجموعة توصيل شرائح الجيل المعروفة اليوم.
تم تجميع الطبقات المختلفة فوق بعضها البعض باستخدام تقنية جديدة تم تطويرها خصيصًا لهذا الغرض، وفي نهاية العملية بأكملها، يتم وضع مجموعة المعالجة المكونة من ثلاث طبقات داخل هيكل تبريد من السيليكون. يتدفق الماء إلى جانب واحد من هيكل التبريد، ويمر بين الطبقات المختلفة، ويتم ضخه إلى الجانب الآخر.
تعليقات 17
تتمتع مدينتي بنظام ضخ المياه الذي يسمح أيضًا للمدينة بأن تكون أكبر بثلاث مرات دون تعزيز الضخ. انها ليست باهظة الثمن ...
لنفترض أن أحد الأصدقاء قرر غدًا أن لديه قنبلة نووية: باستخدام بدلات خاصة يمكننا الهروب من المنطقة المتضررة بسرعة كبيرة (لتجنب الإشعاع)، ومع تدفق المياه في الأنابيب داخل الملاجئ تحت الأرض يمكننا تبريد الهواء بحيث نحن أيضًا ننجو من موجة الحر الأولية والحرائق خارج الملجأ. ليس هذا فحسب، فكر في إمكانية استبدال وسائل إطفاء الحرائق الموجودة داخل الخزانات على سبيل المثال.
لفتح
سوف يتجمد الماء لمجرد وجوده في صندوق سيارتك في ليلة شديدة البرودة، حتى بدون تشغيله.
بعد التفكير مرة أخرى، ربما نجعل الكمبيوتر مزودًا بميكروويف يعمل على تسخينه إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة معينة. يُنصح باستخدام مضاد التجمد في الماء.
بشكل عام، قبل البدء، تأكد من عدم وجود تسرب.
وربما نصنع أيضًا خزان مياه كما هو الحال في السيارات التي نملأها قبل الاستخدام.
و ربما... هل سنستمر في التخلي عن الماء؟
بابتسامة، وعطلة سعيدة!
سابدارمش يهودا
ماتان: جميل! كل الاحترام! كلنا نحيي! من المؤسف أنه عندما لا ترغب في المشاركة، فإنك تتورط على أي حال. ما هذا - عدم القدرة على التحكم بالأصابع؟
لا أريد أن أتدخل، لكني أردت فقط أن أقول إنني فكرت بالفعل في جميع المشاكل التي أثرتها هنا ولدي حلول لها جميعا.
لذا، أتمنى لك أسبوعًا جيدًا.
الردود هنا هي "طحن الماء" ...
يهودا. هل تعتقد أن هناك من سيطور جهاز كمبيوتر سيتضرر عند درجة حرارة أقل من الصفر؟ ما هذا، المشروع النهائي للمدرسة المتوسطة؟
لاري
عند درجة حرارة أقل من الصفر، ينتشر الجليد المتكون من الماء بنسبة لا تقل عن 10% بالنسبة إلى الحالة السائلة. لذلك، إذا لم يكن الكمبيوتر قيد التشغيل، كما يحدث من وقت لآخر، وتجمد الماء وتوقف المكون عن العمل إلى الأبد.
وبالمناسبة، هل يتخيل خبراء IBM مدى صعوبة استبدال مكون مكسور ولحام المكونات؟.
سأسمح للآخرين بتجربة المكونات "الرطبة" لعدة أشهر، قبل أن أشارك في مثل هذا "الحلم الرطب".
قد يكون لدينا اسبوع جميل
سابدارمش يهودا
ابي:
من المفيد إيجاد حل لمشكلة مسك الدفاتر التي ذكرها يهودا.
يهودا:
لقد كنت أفكر بالفعل في مشكلة صاحب الحجز عندما قمت بصياغة الرد الأولي ولكن لاحظت أن كاتب التعليقات المعنية لم يترك لي الكثير من الخيارات.
يهودا:
ومن الواضح أنني لا أستطيع الإجابة بالنيابة عنهم ولا حتى قبول العروض لهم.
أعتقد أنهم على علم بجميع القضايا بما في ذلك إمكانية التجميد.
في هذه المرحلة، آري (الذي فكرت فيه أيضًا ولكن لم أتوسع فيه) لا يصح القول بأن المشكلة قد تم حلها من البداية لأنه عليك أيضًا أن تأخذ في الاعتبار الوقت الذي يتم فيه إيقاف تشغيل الجهاز. أعتقد أن هناك العديد من الخيارات وربما العديد من الحلول التي يتم النظر فيها. لا يشترط أن تكون العديد من الأنظمة عند درجات حرارة أقل من الصفر، ومن الممكن إضافة مادة إلى الماء تعمل على خفض درجة التجمد.
على أية حال - الهواء هو ما هو عليه اليوم والمشروع برمته يهدف إلى تحسين الوضع وعدم تركه كما هو. كما ذكرنا سابقًا، لا تتحسن المياه فحسب، بل تتحسن عدة مرات.
مرحباً بالسيد يهودا سفارداميش
ترى آني مشكلة في الركود لأن الشريحة تولد حرارة ولا توجد أجزاء متحركة، لذا فإن الركود مفيد للرقائق.
نحن لسنا أذكياء مثل علماء IBM ولكننا قادرون على التوصل إلى أفكار مختلفة حول هذا الموضوع.
على سبيل المثال، هل يدرك علماء شركة IBM أن نظامهم قد لا يعمل أو حتى يتعطل في درجات حرارة تحت الصفر؟
أليس من الأفضل استخدام سائل تبلغ درجة حرارة تجميده عدة عشرات من الدرجات تحت الصفر؟
ما زلت أعتقد أن تدفق الهواء عبر الأنابيب يجب أن يكون مفضلاً، مما يقلل من مخاطر ومضاعفات النظام، على الرغم من أنني أعترف أنه أقل فعالية أيضًا.
ولكن إذا كان الهواء كافيا فلماذا نتدخل؟
علاوة على ذلك يا مايكل، ليست تعليقات الجميع مرقمة، لذا ربما يمكنك تحديدها بالاسم؟، على سبيل المثال في الموضع 5 و6 يقول: للتعليق، بهذه الطريقة سيفهمك الجميع ولن يضطروا إلى البدء في العد.
اسبوع جيد
سابدارمش يهودا
ل 5 و 6:
ولهذا كتبت أن هذا رد على بعض الأسئلة وليس على جميعها.
ليس لدي بيانات عن قدرة جميع السوائل على إزالة الحرارة ولم أرغب في أن أكتب (على الرغم من أنني متأكد من صحتها) أن علماء شركة IBM أذكياء بما يكفي لفهم أن هناك سوائل أخرى أيضًا وأنه إذا لقد اختاروا الماء لا بد أن يكون بعد اعتبارات متعمقة أخذت في الاعتبار كلاً من قدرتها الحرارية ومدى تمددها تحت الحرارة، وكلاً من سرعة سريانها في الشعيرات الدموية، وكلاً من سعرها، وخواصها الكيميائية (لضمان رد فعل بسيط مع الأنابيب وأكثر من ذلك بكثير.
.
مايكل هل قرأت السؤال؟ السؤال يتعلق بنوع السائل .....
وليس لماذا يستخدم السائل وليس الهواء.
.
.
لكن مايكل - سؤالي يتعلق بنوع السائل...
وليس لماذا يستخدم السائل وليس الهواء.
.
يمكن العثور بالفعل على إجابة لبعض الأسئلة في الفقرة الثانية من المقال:
"إن تشتيت الحرارة بالسائل أكثر فعالية بعدة مرات مقارنة بالتبريد بالهواء الذي يستخدم الرقائق العادية"
يتصرف الماء في مثل هذه الأبعاد بشكل مختلف تمامًا عن الطريقة التي نعرفها بها في الأبعاد اليومية المقبولة.
مرة أخرى في الصف السادس، رأينا كيف أن الماء في أنبوب اختبار طويل وضيق لا يطيع "القوانين" المعتادة.
ومن المفترض أنه تمت إضافة إضافات مختلفة إلى الماء من شأنها تحسين خصائص تدفقه في مثل هذه الأبعاد.
.
لماذا اختاروا الماء لامتصاص الحرارة المتولدة في الشريحة؟ أليس هناك سوائل أفضل لنقل الحرارة؟ ربما الزيت على سبيل المثال أو السوائل الأخرى؟
يمكن أن تكون هذه الطريقة جيدة أيضًا للرقائق ثنائية الأبعاد، أي إذا نجحت بالفعل في صنع الأنابيب الشعرية داخل الشريحة، فمن المستحسن تمرير الهواء من خلالها. سيكون التبريد أكبر من الموجود ولن يكون هناك أي خطر مستقبلي لتسرب المياه من نظام الأنابيب الخارجي والداخلي المعقد إلى الشريحة، أو خلق ضغط خطير من البخار الذي قد ينشأ في النظام نتيجة لذلك. التدفئة.
وبالمناسبة، فإن مثل هذا النظام، الذي يتضمن أنابيب أصغر فأصغر، يبدأ في اتخاذ شكل فركتلات ثلاثية الأبعاد. مثير للاهتمام.
سابدارمش يهودا