Sfida termica del chip
L'energia consumata dai semiconduttori genera calore, che deve essere rimosso dalle apparecchiature, ma come ottenerlo in modo efficace è un compito sempre più impegnativo. All'aumentare della densità dei transistor, questo diventa più difficile.
I materiali e il design stesso hanno un potenziale di miglioramento, poiché possono portare via più calore attraverso la conduzione delle apparecchiature di dissipazione del calore. La sfida è che, a meno che non utilizziamo server di grandi dimensioni, lo spazio termico attorno a questi dispositivi è molto ridotto. È necessario considerare il miglioramento dei materiali e l'utilizzo intelligente dello spazio termico attorno a chip, imballaggi o PCB. Quello che vuoi veramente fare è migliorare la conduttività e la velocità di trasferimento del calore.
Il calore può fuoriuscire dalla parte superiore del package e quindi entrare nel dissipatore di calore, oppure essere esportato attraverso la parte inferiore e il PCB collegato. Quando lo spazio è limitato le cose diventano ancora più difficili. A seconda del progetto specifico, questo obiettivo può essere raggiunto in diversi modi. Negli smartphone, ad esempio, l'uso di pellicole altamente conduttive come pellicole di grafite o grafene è molto comune a causa del volume più piccolo del sistema e dell'efficace dissipazione del calore. Nel campo delle infrastrutture, l’uso di piastre di immersione 3D attive e passive può raggiungere un funzionamento entro un intervallo di centinaia di watt.
Su un singolo chip, eseguiamo la verifica dei tempi e della potenza a livello di netlist. Nel contesto del 3D-IC, questo potrebbe diventare poco pratico, quindi caratteristiche di resistenza dei chip attraverso modelli termici, al fine di comprendere ogni dettaglio geometrico presente nel chip. In definitiva, combina design e packaging e alcuni modelli di chip vengono generati in questo modo.
Molti chip devono affrontare barriere termiche e risolvere questo problema non è facile. Possiamo progettare e produrre chip incredibili, ma si scioglieranno. Questa non è una limitazione di produzione, né una limitazione di progettazione. Questa è una limitazione fisica e non possiamo emettere più calore. Sebbene in determinate applicazioni possano essere utilizzate soluzioni uniche, la maggior parte dei mercati deve trovare il modo di fare di più con meno risorse, il che significa più funzionalità per watt. Il costo associato a ciò è molto maggiore rispetto alle soluzioni precedenti.
