IBM ontwikkelt kleine pipes om chip te koelen

In het onderzoekslaboratorium van IBM in Zurich zijn medewerkers erin geslaagd opeengestapelde chips te koelen door water tussen de siliciumlagen te persen. Dit zou tot meer rekenkracht op een kleiner oppervlak moeten leiden.

De chips werden voor de experimenten niet, zoals gebruikelijk, naast elkaar geplaatst, maar bovenop elkaar. De chip-stapel zou echter te dik zijn om met heatsinks en andere conventionele methoden te koelen. De oplossing is een tussenlaagse koelmethode, die de IBM-medewerkers met waterkoeling realiseerden. Tussen elke laag silicium wordt een netwerk van dunne buisjes, met een doorsnee van 50 micrometer, aangelegd, die de warmte afvoeren. De benodigde druk om de wrijving tussen water en siliciumdioxide te overwinnen zou minder dan één bar bedragen, waardoor de koeling efficiënt met energie om zou moeten gaan. De koellaag is slechts 100 micrometer dik en kan een vermogen van 180W per vierkante centimeter afvoeren.

Naast voordelen voor directe en efficiënte koeling, zou het onderzoek in Zurich ook de Wet van Moore in stand helpen houden. Dankzij het opeenstapelen van chips kunnen meer transistors per kubieke centimeter gerealiseerd worden. Door de interconnects tussen de chips door de koellagen heen te laten lopen, realiseerden de onderzoekers tienduizend verticale interconnects in hun testopstelling. De testopstelling was een dubbellaagse structuur van één bij één centimeter waarin water van 20°C werd gepompt.

Volgens projectleider Thomas Brunschwiler zal het nog enige tijd duren voor de techniek geïmplementeerd zal worden. IBM is nog maar relatief kort bezig met de ontwikkeling van 3d-chips en zal de opeengestapelde chips in eerste instantie inzetten voor toepassingen met een lage energiebehoefte. Een latere generatie 3d-stacks zou meer warmte ontwikkelen, maar nog steeds met conventionele middelen gekoeld kunnen worden. Pas wanneer opeengestapelde chips, zoals processors, met meer warmte-ontwikkeling gerealiseerd kunnen worden, zal de waterkoeling noodzakelijk zijn. Dat moment zal echter nog zeker vijf tot tien jaar op zich laten wachten.

Reacties (15)

[Red-Front]

Dit artikel brengt mij een beetje in verwarring, niet dat er iets mis mee is maar;

Pas wanneer opeengestapelde chips, zoals processors, met meer warmte-ontwikkeling gerealiseerd kunnen worden, zal de waterkoeling noodzakelijk zijn. Dat moment zal echter nog zeker vijf tot tien jaar op zich laten wachten.

Is dit in feite en enorm klein waterkoeling setje voor chips waar dus water door kan lopen of zit het water er in en gaat de hitte daardoor naar de zijkant om zo de chip te koelen?

_{@Soldaatje
Dat 1e kon ik duidelijk opmaken uit het verhaal. Eigenlijk een beetje dom van me, waterkoeling is waterkoeling.. en niet opeens iets anders. (Dan was dat wel vermeld)}

[Reactie gewijzigd door Red-Front op 27 juli 2024 08:22]

[Soldaatje]

Ze stapelen chips op elkaar en laten daar water tussen lopen ja.

[naftebakje]

In de huidige opstelling wordt er een systeem gelijkend op het "klassieke" waterkoelingssysteem gebruikt. Ik denk latere varianten gebruik gaan proberen te maken van cappilaire effecten om zo de warmte zonder pomp naar een heatspreader te krijgen.

Het lijkt me niet haalbaar om dit systeem in de loop van je waterkoeling op te nemen, de minste verontreiniging zal de koelkanaaltjes verstoppen.

[M2M]

nee inderdaad, daar zal wel een warmtewisselaar tussen zitten om het 100% zuivere water met het verontreinigde waterkoelingswater te scheiden. 50 micrometer is bijna niets en ieder vuiltje zal blijven hangen. Sowieso commerciele toepasbaarheid in consumentenapparatuur zie ik nog niet zo snel gebeuren. De hoeveelheid energie wordt niet verlaagd, dus de extra warmte (energiekosten!) moet je toch kwijt.

[Verwijderd]

strax zul je waterkoeling in je PSU moeten steken om je pc effectief te kunnen koelen...
Of xxl-atx mobo's in xxl-towers met xxl-psu's om dan niet te spreken van de xxl-energie facturen... Idd je zal iets moeten kwijt raken: energie/geld of simpelweg zelfs ruimte/volume

[Bitage]

Klinkt er handig en innovatief. Vraag me alleen wel af hoe het opstapelen van die dingen qua ruimte in beslag gaat nemen? Straks moeten we speciale kasten aan gaan schaffen voor die uber-high-end cpu van 2013/2018

[svenk91]

dan neem je tegen die tijd toch een nieuwe kast?

[TERW_DAN]

Het gaat hier over stapelen van chips. Die dingen zijn erg dun, dus ik denk niet dat je dat echt gaat merken op zo'n manier dat je echt mobo's van 20cm dik krijgt of wat dan ook.

[Verwijderd]

Prijskaartje?

Zelfs als hij binnen 4 jaar op de markt komt zal deze microtechnologie onbetaalbaar zijn voor de gewone bedrijven... Dit is pure mainframe technologie

[TERW_DAN]

Maar dat is toch met het meeste spul zo. Het draait eerst een aantal jaren mee in de serverwereld, komt dan een kijkje nemen op workstation bordjes en vervolgens komt het op de consumenten markt.

Kijk naar SMP setups. Dat was vroeger echt alleen voor servers en workstations. Pas vanaf de AMD K8/Intel Pentium D is het voor consumenten te krijgen en tegenwoordig bestaat het grootste deel uit SMP setups, zelfs je notebook al.

En zo zijn er vast talloze technieken (dingen waar we niet eens bij stilstaan) die hun origine vinden bij de serverwereld.

[To_Tall]

Niet mee eens..

Veel technieken worden eerts gebruikt in de industrie. Waarnaa het op de consumenten bord komt te liggen. Zelfde met bepaalde technieken die voor defensie is gemaakt zie het voorbeeld GPS. streker nog computer netwerken zijn door de US-defence ontwikeld.

Later hebben ze een uni aan gehangen. en nu vandaag de dag heeft bijna iedereen Internet

[daft_dutch]

De afstand tussen het koel medium en de chips is veel kleiner geworden.
Waardoor de chips sneller kunnen werken of dichter op elkaar kunnen zitten
zonder dat het boeltje smelt.
Stel je voor dat je bij alle chips van je computer het buitenste laagje weg kan halen.
En dan al die stukjes aan elkaar zet met een koel laagje van 100 micrometer
Nou dan jou je weinig pc over En door die koeling en de kortere afstand kan je je pc retehard overklokken.

[Rob Coops]

Dat klinkt veel belovend, als het inderdaad lukt om een 3D chip te koelen door middel van een laagje tussen de verschillende lagen dan zouden we in de toekomst chips niet alleen met meerede cores kunnen krijgen maar ook met meer lagen.

De nieuwe: Intel core 80 quad layer.

[pinky3]

vraagje over zo'n 3D chip:

komt die al in 3D van de wafer/siliciumschijf, en is er zo een oppervlakte verkleining mogelijk zodat er meer chips uit 1 wafer gehaald kunnen worden?

of zijn het eigenlijk chips die achteraf op elkaar gekleefd worden, ipv naast elkaar zoals de dualintels van vroeger of de quads van nu, op die manier kunnen de yields weer naar omhoog omdat fouten in de productie nu niet over één grote complexe chip gaan maar kleinere deeltjes?

[Thomson]

Ik vraag mij wel af hoe het hier dan zit met corrosie. Als je het water rechtsreeks in contact laat komen met silicium ga je echt wel 100% zuiver water moeten hebben. Je kan het je niet veroorloven dat er nog wat zuurstof in het water rondzwemt.

Ook andere corrosieve elementen zullen verwijderd moeten worden. Ik kan me voorstellen dat de elektronica heel dicht bij de waterbaantjes ligt dus mag er al niet veel gebeuren of je zit met het water op plaatsen waar je beter niet zit