对高性能雷达芯片内的微冷却系统，超级计算机
研究人员已经开发出一种新型的冷却系统，用于高性能雷达和超级计算机，通过一系列复杂的微通道将液体冷却剂直接循环到电子芯片中。
一种新的电子冷却技术依赖于微通道，宽度仅为几微米，嵌入芯片内部。该装置是建立在普渡大学比尔克纳米技术中心。（普渡大学照片/ Kevin P. Drummond）PCBA加工
传统的芯片冷却方法是使用称为散热片的翅片金属板，它被连接到计算机芯片上散热。这样的连接方法，但是，不排除一种新兴的高性能电子类热效率足够的Suresh V. Garimella说，谁是项目的主要研究者和古德森杰出机械工程普渡大学教授。
新的先进的冷却技术将需要高性能的电子产品，它包含三维的处理芯片，而不是单一的平面型芯片。过多的热量阻碍了电子芯片的性能，或者损害了微小的电路，特别是在小的“热点”。
“你可以只带这么多的计算能力到一个单芯片堆叠芯片，所以在彼此顶部是提高性能的一种方式，”Justin A. Weibel说，在普度大学的机械工程学院研究助理教授，并合作研究项目。“这是一个冷却的挑战，因为如果你有许多芯片的层，通常每一个都有它自己的系统附在上面，以抽出热量。一旦你有两个芯片互相堆叠在一起，底部的芯片就必须以较小的功率工作，因为它不能直接冷却。
解决方案是创建一个嵌入在芯片堆栈中的冷却系统。
这项工作的资金来源于美国国防部高级研究计划局（DARPA）200万年度拨款2013美元。10月12日发表在《国际热与质量传递杂志》上的一篇论文详细描述了新发现。
 ；“我认为我们已经表明嵌入式为国防和潜在的商业应用部冷却概念证明的第一时间，”Garimella说。这种变革的方法在雷达电子学以及高性能超级计算机中有很大的应用前景。在本文中，我们演示了该技术和它提供的前所未有的性能。
DARPA规定的一项基本要求是，能够处理每平方厘米产生一千瓦热量的芯片，比传统高性能计算机高出10倍以上。
“这个数字每平方厘米1000瓦是一个圣杯microcooling排序，我们已经证明了这种能力，在一个正常运作的系统与电绝缘的液体，”Garimella说。
普度大学博士生Kevin Drummond领导的研究。（普渡大学摄影/ Jared Pike）；
该系统的集成和测试大部分是由普渡大学博士生Kevin Drummond完成的。关键要在演示中使用的设备的制作团队由合作者David Janes教授，电气和计算机工程，和Dimitrios Peroulis，一个在普度发现公园比尔克纳米技术中心电气和计算机工程教授和副主任。
该小组在项目期间的几份会议文件中提出了初步的调查结果。研究人员获得了最佳论文奖去年在新兴技术范畴在IEEE itherm会议，和额外的论文将发表，Garimella说。
本系统采用商用制冷剂叫HFE-7100，介电，或电绝缘流体，这意味着它不会在电子引起短路。当流体在热源上循环时，它在微通道内部沸腾。
他说：“与液体加热到沸点以下相比，让液体沸腾大大增加了多少热量。”。
该小组创建了一个精密的测试装置，模拟真实设备产生的热量。一系列加热器和温度传感器允许研究人员在一系列的条件下测试系统，包括热点的影响。在比尔克纳米技术中心研制了测试系统。
新的方法通过减少芯片上冷却设备的需要来提高效率。
 ；“随时可以附加散热片的芯片有很多与界面相关的电阻和低效率，”Garimella说。
这种界面或“寄生”热阻限制了散热器的性能。
“我们将技术消除了这些接口由于冷却发生在芯片，”Weibel说。
使用超小通道允许高性能。
德拉蒙德说：“人们早就知道，通道越小，传热性能就越高。”。“我们将降低到15或10微米的通道宽度，这大约是微通道冷却技术的10倍。”
新的设计解决了改善这种系统的一个主要障碍：尽管使用超小通道提高了冷却性能，但很难通过微通道泵出所需的液体流量。普渡大学的团队克服了这个问题，设计了一个短的平行通道系统，而不是贯穿整个芯片长度的长通道。一个特殊的“分层”歧管分配冷却剂通过这些通道的流动。
“因此，而不是一个通道，长5000微米，我们把它缩短到250微米长，”Garimella说。“通道的总长度是相同的，但它现在以离散的段段供应，这可以防止主要的压力降。所以这代表了一个不同的范式。”
Peroulis和他的学生办理渠道制造，由“高纵横比的需要特别困难的任务，”意义的微观槽是远远超过他们的宽。这些通道在硅中蚀刻，宽度约为15微米，但深度可达300微米。
“所以，他们是约20倍深他们很宽，这是从制造角度的非平凡的挑战，特别是可重复的和低成本的制造工艺，”Peroulis说。
简和他的学生设计和建造复杂的加热传感测试装置的部分。
“这是一项复杂的任务，能够模拟不同的加热的情况下，热点生成的同时，有一个精确的测量温度，”Janes说。
该小组的其他成员侧重于计算模型来描述冷却技术的物理学。
新的期刊论文的作者是德拉蒙德；博士生Doosan Back；Michael D. Sinanis，一个制造工程师和工艺开发经理；简；Peroulis；Weibel和Garimella。虽然该团队最近完成了DARPA资助的项目，但总体研究仍在进行中。
这项技术是从普渡大学国家科学基金会冷却技术研究中心的工作中发展而来的。该中心成立于1999，是一个由公司、政府实验室和大学组成的联合体，致力于通过开发新的紧凑型冷却技术来克服电子系统中的发热问题。超过60名本科生和大约100名研究生通过该中心进行研究。该中心还涉及来自各个领域的大约15名普渡大学教员，从电气工程到化学。
2011，Garimella收到了美国国家科学基金会的工业/大学合作研究中心协会的亚力山大夫奖的冷却研究中心代表技术创新。 ；此前，印第安娜二十一世纪科技研究基金提供380万美元帮助商业化的一种先进的混合动力和电动汽车的冷却系统。该中心在2016与丰田合作进行的研究，每年获得一个研发100奖，每年授予研发杂志100大创新成果。