Sei machipisi emazuva ano achipisa?

Sezvo ma nanoscale transistors achichinja pa gigahertz rates, maerekitironi anomhanya-mhanya mumasekete uye anorasikirwa nesimba sekupisa—kupisa kumwe chete kwaunonzwa kana laptop kana foni yadziya zvisina kunaka. Kuisa ma transistors akawanda pa chip kunosiya nzvimbo shoma yekubvisa kupisa ikoko. Panzvimbo pekupararira zvakaenzana kuburikidza ne silicon, kupisa kunoungana munzvimbo dzinopisa dzinogona kupisa makumi emadhigirii kupfuura nzvimbo dzakapoteredza. Kuti dzidzivirire kukuvara uye kurasikirwa nekushanda, masisitimu anodzvinyirira maCPU nemaGPU kana tembiricha yakwira.

Kukura kwedambudziko rekupisa

Zvakatanga semujaho wekuita kuti magetsi ave mashoma zvave hondo nekupisa kwemagetsi ese. Mumakombiyuta, mashandiro anoramba achikwidza huwandu hwemagetsi (maseva ega ega anogona kushandisa makilowatts makumi). Mukutaurirana, maseketi edhijitari neeanalog anoda simba rakawanda re transistor kuti masaini akasimba uye data rikurumidze. Mumagetsi emagetsi, kushanda zvakanaka kuri kuramba kuchideredzwa nekudzikira kwekupisa.

Imwe nzira yakasiyana: kuparadzira kupisa mukati mechip

Pane kurega kupisa kuchinyanya, pfungwa yakanaka ndeyederedzamukati mechipunu chacho—sekudurura kapu yemvura iri kufashaira mudziva rekushambira. Kana kupisa kukapararira panzvimbo chaipo pakwakagadzirwa, michina inopisa inoramba ichitonhorera uye macooler echinyakare (maheat sinks, mafeni, ma liquid loops) anoshanda zvinobudirira. Izvi zvinodazvinhu zvinodzivirira kupisa zvakanyanya, zvinodzivirira magetsiyakabatanidza nanometers chete kubva kuma transistors anoshanda pasina kukanganisa hunhu hwavo husina kusimba. Chinhu chisingatarisirwi chinokodzera mutemo uyu:dhaimani.

Sei dhaimani?

Dhaimondi ndeimwe yeanonyanya kushandisa thermal conductors anozivikanwa—yakapetwa kakawanda kupfuura mhangura—ukuwo ichivawo insulator yemagetsi. Chinhu chinonyanya kukosha ndechekubatanidza: nzira dzemazuva ano dzekukura dzinoda tembiricha dziri pakati pe900–1000 °C kana kupfuura, izvo zvinogona kukanganisa mafambiro emagetsi. Kufambira mberi kwazvino kunoratidza kuti tetepa.dhaimani repolycrystallinemafirimu (ane ukobvu hushoma hwema micrometer) anogona kurimwa patembiricha dzakaderera zvikuruyakakodzera michina yapera.

Mafiriji emazuva ano nemiganhu yawo

Kutonhodza kukuru kunotarisa pakuisa ma "heat sinks", mafeni, uye zvinhu zviri mukati. Vaongorori vanoongororawo kutonhodza kwemvura mu "microfluidic liquid", zvinhu zvinochinja-chinja, uye kunyange kunyudza ma "servers" mu "thermal conductive", "electrical insulating liquids". Aya matanho akakosha, asi anogona kunge akakura, anodhura, kana kuti asina kuenzana ne "economic sinks".Yakarongwa mu3Dmagadzirirwo echip, uko machira akawanda esilicon anoita se "skyscraper." Muma stacks akadaro, jira rega rega rinofanira kubvisa kupisa; zvikasadaro nzvimbo dzinopisa dzinovharirwa mukati.

Maitiro ekurima madhaimani asingakuvadzi midziyo

Dhaimani ine kristalo imwe chete ine thermal conductivity inoshamisa (≈2200–2400 W m⁻¹ K⁻¹, inenge katanhatu kupfuura mhangura). Mafirimu epolycrystalline ari nyore kugadzira anogona kusvika pamhando idzi kana akakora zvakakwana—uye achiri nani pane mhangura kunyangwe akatetepa. Kuiswa kwemakemikari echinyakare kunosangana nemethane nehydrogen pakupisa kwakanyanya, zvichigadzira nanocolumns dzedhaimani dzakamira dzinozobatana kuita firimu; panguva iyoyo jira racho rinenge rakakora, rakamanikidzwa, uye riri nyore kutsemuka.
Kukura kwekupisa kwakaderera kunoda nzira yakasiyana. Kungoderedza kupisa kunoburitsa soot inofambisa mhepo pane kudzivirira dhaimani.okisijeniinoramba ichicheka kabhoni isiri dhaimani, zvichiita kutidhaimani repolycrystalline rakakura-gorosi pa ~400 °C, tembiricha inoenderana nemaseketi epamusoro akabatanidzwa. Zvakakoshawo kuti maitiro acho anogona kufukidza kwete nzvimbo dzakatwasuka chete asiwomadziro emativi, izvo zvinonyanya kukosha kune zvishandiso zve3D.

Kudzivirira muganhu wekupisa (TBR): bhodha refoni

Kupisa muzvinhu zvakasimba kunotakurwa nemafoni(quantized lattice vibrations). Pama "material interfaces", ma "phonons" anogona kuratidzira nekuungana, zvichigadzirakuramba muganhu wekupisa (TBR)izvo zvinotadzisa kuyerera kwekupisa. Interface engineering inotsvaga kudzikisa TBR, asi sarudzo dzinogumira pakuenderana kwe semiconductor. Pane mamwe ma interface, intermixing inogona kuumba chidimbu chakatetepakabhidhi yesilicon (SiC)jira rinonyatsoenderana nema phonon spectra kumativi ese, richishanda se "bhiriji" uye richideredza TBR - nokudaro richivandudza kutamiswa kwekupisa kubva kumidziyo kuenda kudhaimani.

Nzvimbo yekuyedza: GaN HEMTs (radio-frequency transistors)

Matransistors emagetsi anofambisa magetsi (HEMTs) akavakirwa pa gallium nitride control current mugasi re2D electron uye anokosheswa nekushanda nesimba guru (kusanganisira X-band ≈8–12 GHz uye W-band ≈75–110 GHz). Nekuti kupisa kunogadzirwa pedyo nepamusoro, iprobe yakanaka kwazvo yechero layer inopararira kupisa iri munzvimbo yacho. Kana dhaimani diki ikafukidza mudziyo—kusanganisira madziro emativi—tembiricha yemugero yakaonekwa ichiderera ne~70 °C, nekuvandudzika kukuru mukamuri rekupisa rine simba guru.

Dhaimani muCMOS ne3D stacks

Mukushandisa komputa yepamusoro,Kuunganidza zvinhu zve3Dinowedzera huwandu hwekubatana uye mashandiro asi inogadzira zvipingamupinyi zvemukati zvekupisa uko zvinotonhodza zvechinyakare, zvekunze zvisingashande zvakanaka. Kubatanidza dhaimani nesilicon kunogona zvakare kugadzira chinhu chinobatsiraSiC interlayer, zvichipa mukana wepamusoro wekupisa.
Imwe yezvivakwa zvinokurudzirwa ndeyescaffold yekupisa: mapepa edhaimani matete-tete ane nanometer akaiswa pamusoro pematransistors mukati me dielectric, akabatana nema "vertical thermal vias" ( "pillars of heat")yakagadzirwa nemhangura kana dhaimani rekuwedzera. Mbiru idzi dzinopfuudza kupisa kubva pane imwe kusvika kune imwe kusvika panosvika pachinhu chinotonhorera chekunze. Kuenzanisa nemabasa chaiwo kunoratidza kuti zvivakwa zvakadaro zvinogona kuderedza kupisa kwakanyanya nekusvika pahukuru hwakakuramuzvikamu zveuchapupu hwepfungwa.

Chii chichiri kuoma

Matambudziko makuru anosanganisira kugadzira pamusoro pedhaimanizvakati sandara mumaatomuyekubatanidza zvakanaka nekubatanidza pamusoro pezvinhu zvinobatanidza uye dielectric, uye maitiro ekugadzirisa kuitira kuti mafirimu matete arambe achichengetedza kupisa kwakanaka pasina kuomesa circuitry iri pasi.

Maonero

Kana nzira idzi dzikaramba dzichikura,kupisa kwedhaimani mukati mechipinogona kuderedza zvakanyanya miganhu yekupisa muCMOS, RF, uye magetsi emagetsi—zvichibvumira kushanda kwepamusoro, kuvimbika kukuru, uye kubatanidzwa kwe3D kwakasimba pasina zvirango zvekupisa zvakajairika.