कोरिया एडवांस्ड इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (KAIST) की शोध टीम ने चिप में निर्मित अल्ट्रा-कुशल तरल शीतलन तकनीक सफलतापूर्वक विकसित की है।यह तकनीक अभी भी 2000W/cm² की अत्यधिक ताप स्थितियों के तहत चिप कोर तापमान को 100°C के भीतर नियंत्रित कर सकती है, और प्रदर्शन का शीतलन गुणांक (COP) 106000 तक पहुंच जाता है।यह 2020 में "नेचर" जर्नल में प्रकाशित दुनिया के सर्वश्रेष्ठ रिकॉर्ड (लगभग 10,000) का दस गुना है, और इसके लिए पारंपरिक शीर्ष शीतलन समाधानों की पंपिंग बिजली खपत का केवल 1/10 भाग की आवश्यकता होती है।
इस तकनीक का मुख्य नवाचार गर्मी अपव्यय संरचना और चिप बॉडी के एकीकृत एकीकरण को प्राप्त करने के लिए मानव बाल से कहीं छोटे व्यास वाले माइक्रोन-स्तरीय तरल-ठंडा माइक्रोचैनल को सीधे सिलिकॉन सेमीकंडक्टर चिप में एम्बेड करना है।
वास्तव में अंतर को चौड़ा करने की कुंजी मैनिफोल्ड माइक्रोचैनल (एमएमसी) संरचना के पुन: डिज़ाइन में निहित है। पारंपरिक माइक्रोचैनल ताप अपव्यय तकनीक में, ताप विनिमय को पूरा करने के लिए शीतलक को चिप के पूरे माइक्रोचैनल के माध्यम से एक छोर से दूसरे छोर तक प्रवाहित करने की आवश्यकता होती है। अत्यधिक लंबा प्रवाह पथ प्रतिरोध को बहुत बढ़ा देता है, इसके लिए उच्च पंपिंग शक्ति, उच्च ऊर्जा खपत और असमान गर्मी अपव्यय की आवश्यकता होती है।
इस संबंध में, KAIST ने शीतलक के परिसंचरण तर्क को फिर से बनाने के लिए एक नई मैनिफोल्ड शंट संरचना तैयार की। शीतलक को वितरित इनलेट चैनलों के कई सेटों के माध्यम से समान रूप से वितरित किया जाता है। ताप विनिमय पूरा होने के बाद, शीतलक को एक लघु-पथ, वितरित ताप अपव्यय परिसंचरण नेटवर्क बनाने के लिए कई आउटलेट चैनलों के माध्यम से समान रूप से पुनर्नवीनीकरण किया जाता है।
इस डिज़ाइन के तहत, एकल प्रवाह चैनल में शीतलक की प्रवाह दूरी बहुत कम हो जाती है, और द्रव प्रतिरोध और पंपिंग दबाव काफी कम हो जाता है। साथ ही, स्थानीय ओवरहीटिंग को रोकने के लिए शीतलक पूरी चिप को समान रूप से कवर करता है।
चौड़ाई, ऊंचाई, व्यवस्था मात्रा, लेआउट विधि और माइक्रोचैनल की शीतलक प्रवाह दर जैसे मुख्य मापदंडों पर ध्यान केंद्रित करते हुए, टीम ने एक बहु-निष्ठा अनुकूलन ढांचा बनाया। इसने सबसे पहले अकुशल संरचनाओं को तुरंत खत्म करने के लिए एक-आयामी मॉडल के माध्यम से बड़ी संख्या में बुनियादी डिजाइन योजनाओं की जांच की, और फिर उच्च-गुणवत्ता वाले समाधानों को ठीक करने के लिए उच्च-सटीक सिमुलेशन पर भरोसा किया।
यह स्तरित आर एंड डी मॉडल पारंपरिक गर्मी अपव्यय डिजाइन की अड़चन को तोड़ता है, जो कंप्यूटिंग शक्ति द्वारा सीमित है और बड़े पैमाने पर समाधानों को पार नहीं कर सकता है, और साथ ही गर्मी अपव्यय प्रदर्शन, द्रव दबाव ड्रॉप और चिप तापमान एकरूपता के तीन मुख्य संकेतकों के सहयोगात्मक अनुकूलन को प्राप्त करता है।
व्यावहारिकता की दृष्टि से,संपूर्ण समाधान के लिए चरण परिवर्तन प्रशीतन या नैनो-सतह संशोधन जैसी जटिल प्रक्रियाओं की आवश्यकता नहीं होती है, न ही यह हीरे जैसी उच्च कीमत वाली विशेष ताप अपव्यय सामग्री पर निर्भर करता है। यह शीतलन माध्यम के रूप में केवल सामान्य सामान्य तापमान वाले पानी का उपयोग करता है, जिससे निर्माण और संचालन और रखरखाव की लागत काफी कम हो जाती है।
चिप-एकीकृत माइक्रोचैनल की तैयारी प्रक्रिया का तापमान 350 डिग्री सेल्सियस से कम है, जो वर्तमान मुख्यधारा अर्धचालक बड़े पैमाने पर उत्पादन विनिर्माण प्रक्रिया के साथ पूरी तरह से संगत है। मौजूदा उत्पादन लाइनों में बड़े पैमाने पर परिवर्तन करने या महंगे उपकरण जोड़ने की कोई आवश्यकता नहीं है।
इसके अनुप्रयोग परिदृश्य कई उच्च-अंत क्षेत्रों को कवर करते हैं जैसे एआई त्वरण चिप्स, उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग सिस्टम, त्रि-आयामी अर्धचालक पैकेजिंग, पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण और सैन्य परिशुद्धता इलेक्ट्रॉनिक उपकरण।