حل تبريد داخلي جديد فعال من حيث التكلفة يحل مشكلة ارتفاع درجة حرارة شرائح أشباه الموصلات
طور باحثون في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) تقنية لنحت قنوات تبريد سائلة مجهرية مباشرة داخل رقائق أشباه الموصلات السيليكونية. ومن المثير للاهتمام أن بنية الكمبيوتر خفضت الطاقة اللازمة للتبريد عن طريق ضخ الماء العادي بدرجة حرارة الغرفة مباشرة عبر البنية الداخلية للرقاقة. وقال البروفيسور سونج جين كيم: “نظرًا لأن أداء أشباه موصلات الذكاء الاصطناعي والتعبئة الإلكترونية المتقدمة أصبح محدودًا بشكل متزايد بسبب الحرارة، فإننا نتوقع أن تكون هذه التكنولوجيا بمثابة حل تبريد أساسي لأنظمة الحوسبة عالية الأداء المستقبلية”. تصميم نظام التبريد. المصدر: KAIST Micro-channel tech أدى التقدم السريع في رقائق الذكاء الاصطناعي عالية الأداء إلى خلق أزمة طاقة حادة لمراكز البيانات، والتي تتطلب كميات هائلة من الكهرباء لتشغيل العمليات الحسابية المكثفة ولتبريد الحرارة الناتجة. وصلت طرق التبريد النموذجية، مثل مراوح الهواء الهادرة وموزعات الحرارة النحاسية الخارجية، إلى حدودها المادية. ومن ثم، فإن الصناعة تبحث بشكل عاجل عن بدائل حرارية. ولتقدير هذا التطور، عليك أن تفهم سبب ضعف التبريد السائل القياسي. تعتمد معظم الأنظمة السائلة الحديثة على “لوحة باردة” خارجية يتم ضغطها على الجزء الخارجي من الشريحة. يجب أن ينتقل سائل التبريد من أحد طرفي الجهاز إلى الطرف الآخر. تخلق هذه الرحلة الطويلة مقاومة هائلة للسوائل. يتطلب الأمر مضخات للخدمة الشاقة تدفع بضغط هائل، مما يستهلك طنًا من الطاقة. وفي بعض الأحيان، يسخن السائل على طول الطريق، مما يترك بعض أجزاء المعالج باردة والبعض الآخر ساخنًا بشكل خطير. قام فريق KAIST بتطوير تقنية التبريد السائل التي تعمل على تبريد أشباه الموصلات من الداخل إلى الخارج. ويستخدم الماء العادي في درجة حرارة الغرفة لمعالجة ظروف التدفق الحراري العالي عند المصدر. يتميز التصميم بمداخل ومنافذ صغيرة متعددة منتشرة بشكل موحد عبر الشريحة. يتمحور الابتكار حول بنية “القنوات الدقيقة المتعددة” المدمجة مباشرة داخل السيليكون، والتي تحاكي شبكة لوجستية فعالة باستخدام نقاط مدخل ومخرج استراتيجية متعددة. يعمل هذا التصميم اللامركزي على تقليل مسافة انتقال السائل، مما يقلل من مقاومة التدفق وضغط الضخ. استخدم الباحثون إطار عمل تحسين متعدد الدقة لتحقيق التوازن المثالي بين أبعاد القناة ومعدلات التدفق. كفاءة أعلى بمقدار 10 أضعاف قام فريق KAIST بدمج النماذج الحسابية السريعة أحادية الأبعاد مع عمليات المحاكاة الثقيلة لرسم خريطة لتدفق مثالي وموحد تمامًا. وقد فجرت النتائج التجريبية التوقعات الماضية. والجدير بالذكر أن النظام سجل معامل أداء تبريد (COP) قدره 106,000. وهذا مقياس هندسي مجرد، ولكن السياق تاريخي: فهو أعلى بعشر مرات من الرقم القياسي العالمي السابق المنشور في مجلة Nature في عام 2020. وبعبارات واضحة، يعني هذا أن مصنعي الرقائق يحتاجون فقط إلى عُشر طاقة الضخ لإزالة نفس الكمية من الحرارة من الآلة. وحتى في ظل الحمل الحراري الشديد الذي يبلغ 2000 واط لكل سنتيمتر مربع، أبقى النظام الشريحة بشكل مريح أقل من 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت). ومع ذلك، فإن التفاصيل الأكثر إزعاجًا في التجربة هي كيفية إجرائها. لم يستخدم الباحثون مواد غريبة وباهظة الثمن مثل الماس الاصطناعي؛ بدلا من ذلك، استخدموا الماء العادي. علاوة على ذلك، تتم عملية التصنيع بأكملها في درجة حرارة أقل من 350 درجة مئوية (662 درجة فهرنهايت). وهذا يعني أن العملية متوافقة تمامًا مع خطوط تصنيع أشباه الموصلات التجارية الحالية. يمكن للمسابك دمج تقنية السباكة هذه في تصميمات الرقائق الحالية دون شراء آلات جديدة بمليارات الدولارات.
تم النشر: 2026-06-16 17:06:00
