Компания Northrop Grumman получила от Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) контракт на 7 млн долларов на вторую фазу программы THREADS, посвящённой отводу тепла от электроники на уровне отдельного прибора. Средства пойдут на встраивание алмазных теплоотводящих слоёв непосредственно в структуру полупроводниковых кристаллов.

Программа THREADS (Technologies for Heat Removal in Electronics at the Device Scale) исходит из того, что предел производительности современных высокочастотных микросхем задаёт не транзистор, а температура. Чтобы кристалл не деградировал, разработчикам приходится держать рабочую мощность ниже проектной, что снижает и дальность действия радиолокаторов, и пропускную способность каналов связи.

Алмаз вместо меди

Алмаз отводит тепло примерно в пять раз быстрее меди и существенно превосходит по теплопроводности карбид кремния и нитрид галлия, на которых сегодня строятся мощные СВЧ-приборы. Northrop Grumman совместно со Стэнфордским университетом выращивает алмазные слои на обратной стороне кристалла внутри микроскопических каналов — тепло снимается прямо от локальных точек перегрева, а не через толщу подложки.

Такой подход близок по идее к микроканальному охлаждению, которое разработчики процессоров и ускорителей рассматривают как следующий шаг после холодных пластин: теплоотвод переносится с уровня корпуса и стойки на уровень самого кристалла.

Результаты первой фазы и цели второй

• первая фаза программы: рост подводимой мощности в 3,3 раза;
• вторая фаза: цель — увеличить плотность мощности ещё примерно втрое;
• проведены испытания приборов с алмазом при высокой мощности;
• ожидаемый эффект — рост ресурса кристаллов и снижение вероятности отказов.

«Температура долгое время ограничивала возможности микроэлектроники. Встраивание алмаза прямо в чипы работает как система охлаждения с наддувом: мы можем поднимать мощность без риска перегрева», — заявил директор по микроэлектронике подразделения Space Park Foundry компании Northrop Grumman Бен Хейинг.

Где это применят

Работы ведутся в центре микроэлектроники Northrop Grumman в Редондо-Бич (Калифорния). Целевые применения — военные радиолокационные станции, системы связи и спутниковая аппаратура, где более мощный передатчик при тех же габаритах даёт прямой выигрыш. В августе во вторую фазу THREADS перешла и компания BAE Systems, работающая над улучшением приборов на нитриде галлия.

Для индустрии дата-центров такие разработки представляют интерес как источник технологий: чем эффективнее тепло снимается на уровне кристалла, тем выше допустимая плотность мощности стойки при том же контуре жидкостного охлаждения.

Источник: DataCenterDynamics.com