Processador ganha sistema de refrigeração interno

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/09/2020

O conceito envolve extrair o calor diretamente dos transístores, antes que o chip inteiro esquente.
[Imagem: EPFL]

Processador com resfriamento embutido

Engenheiros suíços levaram ao extremo o já bem conhecido resfriamento a água dos processadores de computador: os canos de arrefecimento agora poderão ir até dentro do chip, tirando o calor de onde ele é gerado.

Remco van Erp e seus colegas da Escola Politécnica Federal de Lausanne foram "direto ao ponto", mirando o calor gerado pelos transistores.

"Gerenciar o calor produzido por esses componentes é um dos maiores desafios da eletrônica daqui para frente," disse o brasileiro Elison Matioli, coordenador da equipe. "Está-se tornando cada vez mais importante minimizar o impacto ambiental, por isso precisamos de tecnologias de resfriamento inovadoras que possam processar com eficiência as grandes quantidades de calor produzidas de maneira sustentável e econômica."

A equipe encontrou o caminho na tecnologia microfluídica, a base dos chamados biochips, em que microcanais escavados em pastilhas de silício estão sendo usadas para tudo, de exames médicos a fábricas ultraminiaturizadas para a química fina.

"Colocamos canais microfluídicos muito próximos aos pontos quentes dos transistores, com um processo de fabricação simples e integrado, para que pudéssemos extrair o calor exatamente no lugar certo e evitar que ele se espalhe por todo o dispositivo," disse Matioli.

O protótipo ainda é simples, mas a equipe quer levar o conceito para os lasers e os circuitos de potência.
[Imagem: EPFL]

Chip com gerencimento de calor

O líquido de resfriamento escolhido foi a água desionizada, que não conduz eletricidade. "Escolhemos este líquido para nossos experimentos, mas já estamos testando outros líquidos mais eficazes para que possamos extrair ainda mais calor do transístor," contou Van Erp.

Curiosamente, em vez de "engordar" o chip, os canais de refrigeração na verdade poderão permitir fabricar processadores ainda mais compactos, além de permitirá a integração dos circuitos conversores de energia, com componentes de alta tensão, tudo em um único chip.

O chip de protótipo com gerenciamento termal embutido, ainda bastante simples, eliminou totalmente a necessidade dos coletores de calor e exaustores externos, confirmando que a tecnologia pode permitir a fabricação de equipamentos eletrônicos ainda mais miniaturizados.

Esquema do sistema de refrigeração microfluídico.
[Imagem: Remco van Erp et al. - 10.1038/s41586-020-2666-1]

Refrigeração integrada

"Nossos resultados mostram que fluxos de calor superiores a 1,7 quilowatt por centímetro quadrado podem ser extraídos usando apenas 0,57 watt por centímetro quadrado de potência de bombeamento. Observamos um coeficiente de desempenho sem precedentes (superior a 10.000) para resfriamento a água monofásico de fluxos de calor acima de 1 quilowatt por centímetro quadrado, correspondendo a um aumento de 50 vezes em comparação com microcanais retos, bem como um número médio de Nusselt muito alto de 16," escreveu a equipe.

O efeito foi tão bom que a equipe já está tentando levar o conceito para outros circuitos que aquecem muito, como os lasers e os sistemas de comunicação.

Mais tópicos