Охлаждение мощной компактной электроники
Ученые из Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН нашли новый способ охлаждать высокотемпературные интегральные микросхемы, пишет официальное издание СО РАН «Наука в Сибири».
Созданный исследователями гибридный метод сочетает преимущества микроканальных и микроструйных систем и эффективно охлаждает даже самые мощные компьютерные процессоры.
Инновация позволит производителям создавать более мощные устройства, которые будут компактнее и дешевле существующих моделей с массивными радиаторами и вентиляторами.
Гибридная система микроканалов и микроструй
Разработка представляет собой гибридный теплообменник с водяным охлаждением. Вода в микроканалах находится в герметичной медной пластине, прилегающей к чипу.
Микроканалы отлично отводят тепло, но при экстремально высоких тепловых потоках в них образуются паровые пробки и «сухие пятна», которые блокируют поток жидкости. Сухие участки резко снижают эффективность охлаждения.
Российские теплофизики разместили специальный гидрофильный слой на стенках каналов. Он предотвращает образование «сухих пятен» и поддерживает равномерную тонкую пленку. При этом вода активно кипит. Кипение забирает колоссальное количество тепла, так как на превращение в пар требуется в 20 раз больше энергии, чем на обычный нагрев.
Проблема перепадов давления в разных каналах во время кипения решается за счет микроструй. Жидкость подается через специальные отверстия и в виде тонких струй направляется на поверхность, смывая пар и постоянно поднося свежую жидкость к «горячим точкам», пояснили ученые.
Решение проблема перегрева
Задача отвода тепла в современных процессорах становится все актуальнее из-за стремительного развития технологий. Мощность процессоров растет, а размеры уменьшаются, поэтому огромное количество тепла выделяется на очень маленькой площади и растет скорость нагрева.
Будущее производительности и дизайна ноутбуков зависит от достижений в области теплотехники, заявлял Джош Ньюман (Josh Newman), вице-президент и генеральный менеджер по мобильным инновациям в Intel по поводу контракта с компанией Frore Systems на использование ее активной системы охлаждения чипов под названием AirJet, о чем CNews писал в 2022 г.
Кулер AirJet за счет вибрации мембраны захватывает холодный воздух через четыре прорези, расположенные в верхней его части. Затем он попадает внутрь кулера, нагревается от тепла, выделяемого чипом, после чего, двигаясь параллельно плоскости теплораспределительной крышки чипа, отводится за пределы охлаждающего устройства, опять же под действием высокочастотных колебаний мембраны.
В сентябре 2025 г. инженеры Microsoft провели успешные испытания новой системы микрофлюидного охлаждения процессоров и заявили, что она до трех раз эффективнее, чем самая передовая и широко применяемая на сегодняшний день технология охлаждающих пластин. Им пришлось найти наилучшую формулу охлаждающей жидкости и разработать новый герметичный корпус для чипа, так как микрофлюидика предполагает доставку охлаждающей жидкости непосредственно в кремний.
Поделиться
