臺積電探索片上水冷散熱方案 未來在芯片中集成水通道

對現(xiàn)在高性能芯片來說，散熱是一個棘手的問題。除了傳統(tǒng)的加裝散熱器使用風冷散熱，水冷散熱似乎成了一個更為高效的選擇。像微軟這樣的業(yè)界巨頭，甚至將數(shù)據(jù)中心服務器放進海中或者將設備浸泡在特殊液體里，提高散熱的效率。

據(jù)Hardwareluxx報道，近期臺積電（TSMC）在VLSI研討會上，展示了對片上水冷的研究，作為新的散熱解決方法，涉及將水通道直接集成到芯片的設計中。 當前的散熱解決方法分別有散熱器直接接觸、直接芯片接觸技術或浸沒在非導電液體中。前兩種散熱解決方案只能對直接接觸面散熱，若芯片采用堆疊技術，散熱方面就會遇到更大困難。

隨著芯片設計越來越復雜，以及工藝制造技術的發(fā)展，更緊密的工藝和垂直3D芯片堆疊等技術，讓晶體管之間的空間被壓縮得更厲害，如何解決散熱成了一個大難題。臺積電的研究人員認為未來的解決方法是讓水在夾層電路之間流動，聽起來好像很簡單，但實際操作起來是非常難的?，F(xiàn)階段浸沒在非導電液體中散熱對于采用堆疊技術的芯片而言是個不錯的辦法，但在傳統(tǒng)的使用場景里就變得很昂貴了，而且難以部署。

臺積電為此對三種不同的硅水道做了相關的模擬試驗，一種是直接水冷方法，水有自己的循環(huán)通道直接蝕刻到芯片的硅片中;另一種是水通道蝕刻到芯片頂部硅層，使用 OX（氧化硅融合）的熱界面材料（TIM）層將熱量從芯片傳遞到水冷層;最后是一種將熱界面材料層換成簡單便宜的液態(tài)金屬。

結果顯示第一種方法最好，其次是第二種方法。當然，這些看起來很奇怪的設計現(xiàn)在還不能真正使用，還要等數(shù)年的時間，不過將是未來解決半導體散熱的前進方向之一。