Блог SoaringHawk

Результат – показатель истинных намерений!

IBM «пронзила» чипы водяными капиллярами

На днях исследователи компании IBM в сотрудничестве с институтом им. Фраунгофера (Берлин) продемонстрировали прототип, в котором каналы охлаждения интегрированы непосредственно в трехмерную микросхему, а вода пропускается между слоями этого чипа.

IBM пронзила чипы водяными капиллярами

В прошлом году корпорация IBM предложила технологию производства «слоеных» чипов, позволяющую почти в 1000 раз сократить расстояние, которое необходимо преодолевать информации в микросхеме, а также позволяет реализовать в 100 раз больше каналов для обмена данными по сравнению с двухмерными чипами. Если в традиционном чипе компоненты размещаются на кремниевой подложке рядом друг с другом, то в трехмерном эти компоненты размещаются в несколько слоев.

Совокупное тепловыделение трехмерного чипа площадью 4 см2 и толщиной около 1 мм приближается к одному киловатту, что в 10 раз превышает тепловыделение электрической плитки. С целью эффективного отвода тепла от источника вода подается в расположенные между отдельными слоями чипа охлаждающие каналы, по толщине сравнимые с человеческим волосом (50 микронов).

При проведении экспериментов ученые пропускали воду через испытательный образец размером 1 х 1 см, который состоял из двух пластин (источников тепла) с размещенным между ними охлаждающим слоем. Этот слой имел размеры всего около 100 микронов в высоту и 10 тыс. вертикальных межсоединений на один см2.

Исследователи смогли обеспечить максимальный поток воды сквозь слои, сохранив при этом герметичную изоляцию межсоединений, препятствующую электрическим замыканиям вследствие воздействия воды. Созданную систему охлаждения ученые сравнивают с человеческим мозгом, в пространстве которого миллионы нейронов для передачи сигналов пересекаются с десятками тысяч кровеносных сосудов для охлаждения и энергоснабжения, не влияя друг на друга.

Создание отдельных слоев было достигнуто при использовании существующих методов производства, за исключением дополнительных операций, связанных с формированием отверстий для передачи сигналов между слоями. С целью изоляции этих «нервов» ученые оставили вокруг каждого межсоединения кремниевую оболочку (технология through-silicon vias) и добавили тонкий слой окиси кремния для защиты электрических межсоединений от воды. Такие структуры должны изготавливаться с точностью до 10 микронов, что в 10 раз превышает требования при изготовлении межсоединений и металлических элементов в современных чипах.

Для сборки отдельных слоев группа ученых разработала сложную технологию тонкопленочной пайки. С помощью этой технологии ученые достигли высоких показателей по качеству, точности и надежности, что гарантирует хороший тепловой контакт и отсутствие электрических замыканий. На завершающем этапе собранный чип был помещен в кремниевый охлаждающий контейнер, напоминающий миниатюрный бассейн. Вода закачивается в этот контейнер с одной стороны, протекает между отдельными слоями чипа и отводится с другой стороны контейнера.

С помощью моделирования ученые экстраполировали экспериментальные результаты на чип площадью 4 см2, при этом расчетная холодопроизводительность составила 180 Вт/см2.

В дальнейшем исследователи займутся оптимизацией систем охлаждения для чипов с уменьшенными размерами и с увеличенным числом межсоединений. Кроме того, группа будет исследовать возможность дальнейшего совершенствования структур для охлаждения отдельных горячих точек.

Источник

  • Комментарии отключены
  • В рубриках : Hardware, Высокие технологии, Компьютеры
  • IBM научилась подавлять шум в графеновых наноэлементах

    На днях исследователи компании IBM сообщили о своём новом научном открытии, которое позволяет успешно бороться с одной из наиболее трудных проблем электронной индустрии, связанной с использованием графита в качестве материала для создания миниатюрных наноэлектронных схем. Как отмечается, ученые IBM впервые нашли способ подавления паразитных помех электрических сигналов, возникаемых при миниатюризации до длины всего в несколько атомов графена (графен можно представить как одну плоскость графита, отделенную от объемного кристалла).

    Отметим, графен рассматривается многими исследователями как одна из наиболее перспективных альтернатив современным кремниевым транзисторам. Уникальное строение графена привлекает к нему нескрываемый интерес со стороны ученых, инженеров и технологов, так как оно способствует проявлению привлекательных электрических свойств и может быть использовано в транзисторах и электронных схемах, значительно меньших по размеру, чем компоненты самых крошечных современных кремниевых чипов.

    Одна из проблем использования таких наноустройств – обратно пропорциональная зависимость между размером устройства и мощностью генерируемого им неуправляемого электрического шума. Чем миниатюрнее становятся устройства, тем интенсивнее становится и электрический шум – возрастает заряд электричества, проходящего через вещество и вызывающего помехи, которые негативно влияют на характеристики этого вещества (материала) и ограничивают его полезное применение.

    Эта зависимость (известная как закон Хуга) справедлива как для полупроводниковых элементов на основе традиционного кремния, так и для сверхминиатюрных устройств на основе графеновых «нанопленок» и углеродных нанотрубок. Как объясняет доктор Фаэдон Аворис (Phaedon Avouris), ученый из IBM Research, эффект электрического шума, подчиняющийся закону Хуга, на наноуровне возрастает многократно из-за того, что размеры полупроводникового элемента здесь достигают почти абсолютного минимума и становятся сопоставимы с размерами атомов. На этом уровне генерируемый шум может превосходить по амплитуде полезный сигнал.

    Исследователям IBM удалось установить, что электрический шум в полупроводниковых элементах на основе графена может быть фактически подавлен. Результаты экспериментов опубликованы в журнале Nano Letters. К сожалению, доступ к подробной информации о новом исследовании платный, поэтому приведём лишь ключевые факты.

    Сначала ученые IBM использовали один слой (или пленку) графена для создания транзистора – этот эксперимент еще раз подтвердил, что на полученный полупроводниковый элемент распространяется правило Хуга, по мере уменьшения размеров электронного устройства пропорционально увеличивался генерируемый им шум.

    Когда исследователи создали такой же элемент с двумя слоями графена вместо одного (расположенными друг над другом), они отметили, что электрический шум подавляется. Уровень мощности помех во втором случае был в достаточной степени мал. Это дало основание предположить, что так называемые «двухслойные графеновые полоски» («bilayer graphene ribbons») смогут доказать свою пригодность для создания полупроводниковых элементов. По словам ученых, паразитный шум подавляется благодаря сильной электрической связи между двумя слоями графена, которая нейтрализует влияние источников помех. Такая структура функционирует как своеобразный шумоизолятор.

    IBM научилась подавлять шум в графеновых наноэлементах

    Конечно, о непосредственном применении результатов исследования в производстве говорить пока не приходится, но ученые уверены, что их достижение открывает большие перспективы практического использования технологии двухслойных графеновых лент в создании полупроводниковых комплектующих для электронных устройств.

    Источник

  • Комментарии отключены
  • В рубриках : Hardware




    Rambler's Top100