Kun piirit valmistetaan yhä pienempään ahdettuna ja ne toimivat koko ajan nopeammin, lämmöntuotto on kasvava ongelma järjestelmille. Taiwanilainen TSMC vastaa uusimpien mikropiirien valmistuksesta niin Applelle kuin Intelille ja nyt yritys kaavailee vesijäähdytystä menetelmäksi johtaa hukkalämpö pois piirien sisältä.
Äskettäin piiritekniikan VLSI Symposium – tapahtumassa TSMC esitteli konseptia, jossa suoraan piirien sisään integroidaan vesikanavia. TSMC:n tutkijoiden mielestä ratkaisu piirien jäähdyttämiseen on antaa veden virrata kerrostettujen piirien välillä. Periaate on yksinkertainen, mutta teknisesti idea on erittäin vaikea toteuttaa.
Nykyiset jäähdytysratkaisut toimivat tyypillisesti suorassa kosketuksessa sirujen lämpöä tuottavien osien kanssa. Äärimmillään piiri voidaan upottaa kokonaan johtamattomaan nesteeseen. Näillä ratkaisuilla voidaan tehokkaasti jäähdyttää vain kerrokset, joihin ne ovat suoraan yhteydessä. Kun piirien rakenteisiin lisätään jatkuvasti pystysuoria kerroksia, ratkaisu ei auta alempien kerroksien jäähdyttämiseen.
Sekin on ongelma, että piirin koko hukkalämpö täytyy johtaa pois ylimmästä kerroksesta. VLSI Symposiumissa TSMC esitteli testipiirejä, johon oli toteutettu kolme erityyppistä vesipohjaista jäähdytystä.
Testipiireillä oli pylväspohjaisia kanavia, joissa vesi voi virrata aktiivisten puolijohdepylväiden ympärillä niiden jäähdyttämiseksi. Vesi johdettiin ulkoisen jäähdytysmekanismin läpi, joka jäähdytti veden 25 Celsius-asteeseen sen matkatessa piirien läpi.
Vesijäähdytysmalleja oli kolme. Suorassa vesijäähdytyksessä (DWC) vedellä oli omat kiertokanavat, jotka on kaiverrettu suoraan sirun piiosiin osana valmistusprosessia. Toisessa mallissa vesikanavat syövytetään omaan piikerrokseensa oikean sirun päällä. Kolmannessa mallissa tämä kerros korvattiin yksinkertaisemmalla ja halvempaan nestemäiseen metalliin perustuvalla ratkaisulla.
TSMC:n mukaan paras ratkaisu oli ylivoimaisesti suora vesijäähdytysmenetelmä, joka saattoi johtaa jopa 2,6 kW lämpöä ja joka viilensi lämpötilaa jopa 63 astetta. Toisessa mallissa piiriltä siirrettiin 2,3 kilowatin verran lämpötehoa ja kolmannessa 1,8 kilowattia.
Vie tietenkin vuosikausia ennen kuin TSMC:n futuristinen ratkaisu piirien jäähdyttämiseen voisi olla kaupallisesti käytössä.
