3D打印水冷头 释放计算能力

2023-0*-23 0*:*2:30 作者：老王

一系列3D打印的处理器冷却器是ITF世界会议上最有趣的演讲之一，该会议由芯片研究巨头imec在比利时安特卫普举办。这些原型水块提高了冷却密集处理器（如CPU和GPU）的能力，比我们今天在最好的CPU散热器中看到的各种解决方案提高了3.*倍，从而实现了更高的功率密度，并释放了现代芯片中未开发的性能。这项研究的结果可以为各种芯片带来根本性的新水冷器。

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将液体直接压在处理器芯片上的裸片冷却正在成为处理较新芯片产生的多余热量的最明显的步骤之一，而IMEC正在用新技术引领这一方向，以释放最密集工艺节点的全部性能。随着每一代新芯片的诞生，这一点变得越来越重要，因为随着更小的节点，功耗的降低比例越来越小，功耗急剧增加。此外，更小的晶体管使功率密度更高，使冷却工作更加复杂，最终限制了芯片的性能。

芯片设计师的最终目标是在更小的空间内完成更多的工作。然而，今天的芯片已经受到了功率限制，当芯片运行时，"暗硅 "区域被关闭，以保持在一定的TDP和温度限制之内。这意味着大多数芯片在正常运行时只使用其部分潜力。此外，这个问题只会随着每一代芯片的出现而加剧--像AMD的Epyc Genoa这样的现代CPU的最高功率已经达到了400W，而路线图则指向未来的600W服务器芯片。

与标准的水冷方法相比，3D打印的原型冷却器使用一个独立的水箱，该水箱有一个与芯片散热器配套的冷板来冷却处理器，下面相册中的原型3D打印冷却器迫使液体直接在裸露的处理器芯片上，从而通过将冷却剂直接泵到处理器的表面来提高冷却能力。

3D打印的水块可以快速制作原型，imec使用3D打印中使用的不同类型的标准聚合物，以确保水块能够处理温度负荷。目前还不清楚人们是否可以在最好的3D打印机上打印这些设计。

3D打印的水块可以通过几种不同的方式进行定制，定制的喷嘴阵列（你可以在图片中看到这些）将液体直接喷射到芯片表面的目标区域，例如直接在个别核心或用于矢量操作的芯片高发热区域，以提高冷却能力。

水块也是定制的，以尽可能消耗最少的空间，目前使用一个O型环来防止液体从水块周围渗出。当然，imec正在试验几种不同类型的密封机制和不同类型的3D打印材料用于水块。

几乎任何介电液体都可以用于这些冷却器，如处理过的水或制冷剂。自然，即使液体不导电，裸片液体冷却也需要密封芯片周围的区域，如PCB上的电容器和其他电子电路。然而，为了使冷却剂尽可能接近芯片，裸片的顶部没有任何密封剂。研究人员直接在光滑的芯片表面泵送液体，但其他方法，如在芯片顶部添加条纹，可以释放出更多的冷却性能。

由于快速的热循环和与系统中使用的各种冷却剂的相互作用，密封剂带来了长期的可靠性挑战。尽管如此，imec仍在有条不紊地努力寻找所有材料的正确组合，以确保长期的可靠性。