On-Chip-Wasserkühlung: TSMC will bis zu 2 kW direkt auf dem Chip kühlen

[HWL News Bot]

Auf dem VLSI Symposium hielten Forschungsmitarbeiter von TSMC einen interessanten Vortrag über eine mögliche Kühllösung zukünftiger Chips, die eine direkte Integration einer Wasserkühlung in den Chip selbst vorsieht. Studien und Versuche hat es in der Vergangenheit bereits gegeben. Die Konzepte sehen dabei immer Mikrokanäle vor, die direkt in die obersten Schichten des Chips eingearbeitet werden. Für TSMC scheinen solche Lösungen aber immer konkreter zu werden und insofern hat mich sich etwas tiefergehend mit der Materie beschäftigt und nun untersucht, welche Möglichkeiten es zur Umsetzung gibt.
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[Dshing]

Da muss man tatsächlich eig. nicht mehr viel Testen, die Untersuchungen, wurden alle schon vor 30-40 Jahren gemacht. Am besten geeignet ist eine Rautenförmige Säulenstruktur. Je nach dem ob PolySi oder einkristallines Si und in welcher Ausrichtung verwendet wird, ändert sich das optimale Verhalten zw. Säulendurchmesser, Höhe und Basisdicke. Dann muss man sich entscheiden, was man für einen Aufwand bei der Kühlwasseraufbereitung treiben will, um ein Gleichgewicht zwischen Ablagerung von Verunreinigungen und Ätzangriff des Wassers am Silizum zu bekommen, damit die Kanäle auf der einen Site nicht zu sumpfen und auf der anderen Seite eben nicht das Reinstwasser das Si weg ätzt. Dann noch eine Optimierung zw. Fluss und Druck der Pumpe und fertig ist die Laube. Das mit dem Sägen von Gräben ist dann eher unpraktisch, weil viel zu groß ineffizient und auch in Metallen realisierbar, die thermisch und mechanisch besser als Si geeignet sind und damit kaum ein Vorteil gegenüber dedizierten Standard Cu-Kühler hat. Wenn schon auf Die Ebene, dann mittels Boschprozess. Spannend wird dann eher die Einleitung des Wassers in den Chip, daran scheitert es in der Vergangenheit dann regelmäßig, weil viel zu teuer, zu unzuverlässig oder zu instabil. Huawei hat das vor Jahren (~10) auch schon mal wieder angehen wollen, ist glaube nicht sehr weit damit gekommen.

 

[Bitmaschine]

Der prägnante Unterschied zwischen Square, Trench und Flat Varianten finde ich sehr interessant. Bin gespannt wie es im Kleinem umgesetzt wird.

 

[Vorname und Nachname]

Und ich bleibe dabei, für normale Nutzer absolut nicht relevant. Ich gehe nicht davon aus, das ein normaler Nutzer jemals eine Rechenleistung von einem Chip braucht, dass man so etwas einführen muss. Zudem ist das auch viel zu anfällig für Störungen die Komplexität der Kühlung ist zu hoch und somit auch die Kosten, die ein "0815 user" niemals bereit wäre zu tragen.

Bei Servern sehe ich das hingegen schon. Die Dinger sind so abartig teuer, da fällt die Kühlung auch nicht mehr sonderlich ins Gewicht. Zudem sollte der 24/7 Betrieb wesentlich schonender für die Kühlung sein. Vorallem Ablagerungen und Defekte sollten durch Dauerbetrieb vorhersehbarer Auftreten, so dass die Firmen da besser mit Standzeiten kalkulieren können.

 

[hithunter]

Siehe 9900K oder 5900X, lass sich kaum noch kühlen und erreichen unter Prime selbst mit einem Wasserkühler sehr hohe Temperaturen. Das Thema wird unumgänglich sein, die TDP bleibt gleich, aber die Flächen werden bezüglich Multi Core für die Recheneinheiten immer kleiner.

 

[Hemitheos]

Uha, wenn sich dass im Consumerbereich durchsetzt, dann können die Hersteller von Wasserfarbzusätzen einpacken. Glaube nämlich nicht, dass sich die feinen, fest verbauten, Kanäle sonderlich gut von dem ekligen Farb-Schmand befreien lassen.
Eine direct-DIE-Kühlung ab Werk hat schon was, ich wäre dabei.

 

[Maxxx]

Muss aber dann sicher ein spezielles Kühlmittel sein, mit saubersten Kühlern, Pumpen, Schläuchen. Wenn da was verschmutzt ist es aus..

 

[Richard88]

Muss aber dann sicher ein spezielles Kühlmittel sein, mit saubersten Kühlern, Pumpen, Schläuchen. Wenn da was verschmutzt ist es aus..

Ganz so schlimm ist es nicht, im schlimmsten fall verstopft 1 dieser lamellen. Wichtiger wird wohl sein welches wasser. Destilliert mit etwas silizium gelöst darin? Eintmineralisiertes wasser kann selbst ionen aus glas lösen. Im endeffelt wird einfach nur um die cpu ne metallspange geknallt, und darauf wird danm eine kühlmittelleitende kappe per hebel drangepappt. Den rest erledigt der anpressdruck und ne dichtung.