TSMC estudia usar refrigeración líquida, ¿en el interior de los chips?

Uno de los mayores problemas a la hora de diseñar un nuevo circuito integrado en un chip es llegar a los parámetros que se requieren en las especificaciones de su diseño. Uno de estos parámetros es la temperatura, la cual con el desarrollo de diseños 3DIC se ha convertido en algo a tener en cuenta. Es por ello que TSMC está desarrollando la refrigeración líquida integrada.

Cuando hablamos de refrigeración líquida, lo primero que nos viene a la mente son los radiadores integrados en la caja de nuestro PC. No obstante, durante los últimos años se han desarrollado diseños que se basan en conectar los componentes en vertical. Lo que hace que el ahogamiento termal sea mayor, esto fuerza a los diseñadores a bajar las frecuencias de reloj de sus diseños. Lo que ha llevado al desarrollo de diversas soluciones, como por ejemplo el uso de placas peltier. ¿La apuesta de TSMC? Literalmente integrar el radiador dentro del procesador.

Refrigeración líquida integrada por parte de TSMC

Durante el VLSI symposium, los ingenieros de TSMC han dado un adelanto de sus investigaciones basadas en integrar refrigeración líquida dentro del chip como solución al problema del ahogamiento termal en diseños 3DIC. El cual consiste en integrar las tuberías por donde pasa el líquido refrigerante dentro del propio chip.

El motivo de desarrollar esta tecnología por parte de TSMC es clara, a la hora de refrigerar un procesador a día de hoy solemos utilizar soluciones que refrigeran la capa más externa de este. Dado que la mayoría de diseños no están compuestos por varios chips en vertical los sistemas de refrigeración convencionales son lo suficientemente buenos. El problema viene cuando tenemos en cuenta un diseño con varios chips en vertical, donde los sistemas de refrigeración tradicionales no son lo suficientemente eficientes.

TSMC ha investigado varias formas de refrigerar el interior del chip, tanto en lo que a la distribución como en la forma de hacer llegar la refrigeración líquida a las diferentes capas del chip. Al final sus conclusiones han sido que el mejor método es la refrigeración por agua de manera directa, la cual puede disipar hasta 2.6 kW de calor y ofrece un delta de temperatura de 63º C.

Por supuesto, esto se acaba de presentar y de aquí a que veamos esta tecnología utilizada en los chips de nuestro PC aún tendremos que esperar unos años.

No solo TSMC lo está investigando, sino también Intel

No hay duda que los problemas de temperatura a la hora de diseñar y desarrollar circuitos integrados no son exclusivos de TSMC, también Intel está desarrollando procesadores de este tipo y centrando sus factorías y futuros nodos de fabricación en ello. Lo cual implica que también se van a encontrar con los mismos problemas que TSMC.

No obstante Intel no estará de brazos cruzados, ya que hemos podido saber a través de la publicación de una patente, titulada LIQUID COOLING THROUGH CONDUCTIVE INTERCONNECT. Lo que se traduce como refrigeración líquida a través de interconexiones conductivas. Lo que viene a demostrar que el problema del ahoramiento termal en diseños 3DIC es común en toda la industria y un problema lo suficientemente grande como para que los dos mayores fabricantes de chips del mundo se hayan puesto a investigar y desarrollar soluciones para solucionar el problema.