기존의 50배 효율로 칩을 직접 '액체냉각' 가능한 온칩 수냉시스템이 개발되다

전자기기에서 발생하는 열은, 특히 작은 크기, 동일한 칩에 많은 트랜지스터를 집적하기 위해서는 큰 문제입니다. 일반적으로 칩의 설계와 칩을 냉각하는 시스템은 독립적으로 따로 이루어집니다. 그러나 이번 로잔연방공과대학교(EPFL)의 연구자들은 이 두 가지 설계 단계를 하나로 결합하여, 액체냉각시스템을 칩에 내장시켜 직접 냉각하는 시스템을 개발했다고 발표했습니다.

Co-designing electronics with microfluidics for more sustainable cooling | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2666-1

Transistor-integrated cooling for a more powerful chip
https://techxplore.com/news/2020-09-transistor-integrated-cooling-powerful-chip.html

Transistor-integrated cooling for a more powerful chip

Self-cooling microchip provides a tiny solution to a giant problem
https://www.inverse.com/innovation/self-cooling-microchip-moores-law

Self-cooling microchip provides a tiny solution to a giant problem

미국의 에너지성의 보고서에 따르면, 미국의 데이터센터는 2020년에 730억 킬로와트의 에너지를 소비할 것으로 예상되고 있습니다. 그리고 1킬로와트의 에너지를 소비할 때마다 2갤런(약 7.6리터)의 물이 냉각에 필요하다고 합니다.

POWERlab Matioli - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=dvez_iOLnIA&feature=emb_title

여러 개의 다이가 실린 칩 본체

칩을 뒤집으면 이런 느낌.

칩 토대의 맨 하단을 분리하면 칩의 기판 내부에 냉각시스템인 마이크로 유체채널이 내장된 것이 보입니다.

마이크로 유체채널에는 복잡한 홈이 새겨져 있습니다.

이 홈의 사이에 냉각수를 흐르게 하여 칩을 적절히 냉각하여 장치 전체에 열이 전달되지 않도록 하고 있습니다. 연구진에 따르면 기존 모델의 최대 50배의 냉각 효율을 실현할 수 있었다고 합니다. 또한, 냉각수로는 전기가 통하지 않는 탈이온수가 사용되었습니다.

다음 그림 중 왼쪽이 실제 냉각시스템. 실리콘 다이에 붙여 직접 냉각합니다.

그러나 냉각시스템을 고정하기 위한 접착제 및 기판 표면에 사용되는 재료의 추구가 불충분하다고 판단해, 연구팀은 이를 향후 연구 과제로 꼽았습니다. 또한 연구팀은 냉각제를 칩의 매우 가까운 위치에 흐르게 함으로써 발생할 우려에 대비해 장기적인 안정성도 요구된다고 말합니다.

연구팀의 일원인 EPFL 공학부 엘리슨 · 마티오리 교수는 "이 냉각 기술은 전자기기를 더욱 컴팩트하게 할 수 있고 전 세계 에너지 소비를 크게 줄일 가능성이 있습니다. 우리는 큰 외부 냉각시스템의 필요를 없애고, 단일 칩의 형태로 초소형 파워컨버터를 만들 수 있음을 보여주었습니다"고 말합니다.