Desafio térmico do chip

A energia consumida pelos semicondutores gera calor, que deve ser removido do equipamento, mas como conseguir isso de forma eficaz é uma tarefa cada vez mais desafiadora. À medida que a densidade dos transistores aumenta, isso se torna mais difícil.

Os próprios materiais e design têm potencial para melhorias, pois podem transportar mais calor através da condução de equipamentos de dissipação de calor. O desafio é que, a menos que utilizemos servidores grandes, o espaço térmico em torno destes dispositivos é muito pequeno. Você deve considerar a melhoria do material e a utilização inteligente do espaço térmico em torno de chips, embalagens ou PCBs. O que você realmente quer fazer é melhorar a condutividade e a taxa de transferência de calor.

O calor pode escapar pela parte superior da embalagem e depois entrar no dissipador de calor ou ser exportado pela parte inferior e pela PCB conectada. Quando o espaço é limitado, as coisas ficam ainda mais difíceis. Dependendo do projeto específico, esse objetivo pode ser alcançado de diferentes maneiras. Por exemplo, em smartphones, o uso de filmes altamente condutores, como filmes de grafite ou grafeno, é muito comum devido ao menor volume do sistema e à dissipação efetiva de calor. No campo da infraestrutura, o uso de placas de imersão 3D ativas e passivas pode atingir uma operação na faixa de centenas de watts.

Em um único chip, realizamos verificação de tempo e potência no nível da netlist. No contexto do 3D-IC, isso pode se tornar impraticável, portanto, características de resistência dos chips através de modelos térmicos, a fim de entender cada detalhe geométrico presente no chip. Em última análise, combina design e embalagem, e alguns modelos de chips são gerados desta forma.

Muitos chips enfrentam barreiras térmicas e resolver esse problema não é fácil. Podemos projetar e fabricar chips incríveis, mas eles derreterão. Esta não é uma limitação de fabricação, nem uma limitação de projeto. Esta é uma limitação física e não podemos emitir mais calor. Embora soluções exclusivas possam ser utilizadas em determinadas aplicações, a maioria dos mercados deve encontrar formas de fazer mais com menos recursos, o que significa mais funcionalidade por watt. O custo associado a isto é muito maior do que as soluções anteriores.