Thermische uitdaging van chip
De stroom die door halfgeleiders wordt verbruikt, genereert warmte, die uit de apparatuur moet worden verwijderd, maar hoe dit effectief kan worden bereikt, wordt een steeds grotere uitdaging. Naarmate de dichtheid van transistors toeneemt, wordt dit moeilijker.
De materialen en het ontwerp zelf hebben het potentieel voor verbetering, omdat ze meer warmte kunnen afvoeren door de geleiding van warmteafvoerapparatuur. De uitdaging is dat, tenzij we grote servers gebruiken, de thermische ruimte rond deze apparaten erg klein is. U moet rekening houden met materiaalverbetering en intelligent gebruik van de thermische ruimte rond chips, verpakkingen of PCB's. Wat u echt wilt doen, is de geleidbaarheid en de warmteoverdrachtsnelheid verbeteren.
Warmte kan via de bovenkant van de verpakking ontsnappen en vervolgens het koellichaam binnendringen, of via de onderkant en de daarop aangesloten printplaat worden geëxporteerd. Wanneer de ruimte beperkt is, worden de zaken nog moeilijker. Afhankelijk van het specifieke ontwerp kan dit doel op verschillende manieren worden bereikt. Bij smartphones is het gebruik van sterk geleidende films zoals grafiet- of grafeenfilms bijvoorbeeld heel gebruikelijk vanwege het kleinste systeemvolume en de effectieve warmteafvoer. Op het gebied van infrastructuur kan het gebruik van actieve en passieve 3D-weekplaten een werking binnen een bereik van honderden watts bereiken.
Op één enkele chip voeren we timing- en vermogensverificatie uit op netlijstniveau. In de context van 3D-IC kan dit onpraktisch worden, dus weerstandskarakteristieken van chips door middel van thermische modellen, om elk geometrisch detail dat in de chip aanwezig is te begrijpen. Uiteindelijk combineert het ontwerp en verpakking, en sommige chipmodellen worden op deze manier gegenereerd.
Veel chips worden geconfronteerd met thermische barrières en het oplossen van dit probleem is niet eenvoudig. We kunnen ongelooflijke chips ontwerpen en produceren, maar ze zullen smelten. Dit is geen productiebeperking, noch een ontwerpbeperking. Dit is een fysieke beperking en we kunnen niet meer warmte uitstoten. Hoewel unieke oplossingen in bepaalde toepassingen kunnen worden gebruikt, moeten de meeste markten manieren vinden om meer te doen met minder middelen, wat meer functionaliteit per watt betekent. De kosten die hiermee gepaard gaan, zijn veel hoger dan bij eerdere oplossingen.
