B69733c0304a5bafa4bf7a24ae1f6dff 超頻玩家經常遇到晶片廢熱無法即時散去的問題,除了使用體積更大的空冷散熱器之外,不少人也會轉換成水冷系統,極端狀況下,還以液態氮做為更為激烈的降溫手段。新研究顯示如果把水冷頭移除,直接將水流經晶片上方,可更快帶走廢熱。

目前電腦內部散熱系統大致上可分為兩大類,一為採用被動空氣對流或是風扇強制流動的空冷,另一為採用封閉式液體循環流動的水冷。此外除了短時間超頻所適用的液態氮之外,研究人員近期則是改良了水冷散熱系統,移除水冷頭直接將水接觸晶片。

一般的水冷散熱系統,液體與發熱區域之間配置水冷頭,作為避免液體露出導致短路,以及加大液體與發熱區域接觸面積。但是此水冷頭也具備一定的熱阻值,加上長期使用需對抗扣具壓力避免變形,水道與水冷頭外部接觸面須保持一定厚度以上。

喬治亞理工學院的研究人員,近期發表新款水冷系統,藉由移除水冷頭,直接將液體流經晶片,藉此拋棄水冷頭金屬的熱阻,液體直接吸收晶片運作時所發出的廢熱。

研究人員獲得 Altera 公司支援,於 28 奈米製程的 FPGA(Field Programmable Gate Array,場效可程式化閘極陣列)晶片上進行實驗。首先將晶片背部以蝕刻方式做出直徑約 100 微米的矽圓柱,以便加大液體和晶片的接觸面積,接著再將一片整合水道和水冷管道連接頭的矽片覆蓋其上。


▲透過特殊的設計,水直接流過晶片背部,與實際發熱的電晶體相當接近。(作者 Rob Felt, Georgia Tech)

依據實驗結果,於 20 度去離子化水、流量每分鐘 147 毫升的設定下,此款 FPGA 晶片運作時可保持 24 度。相較之下,若是此款晶片使用一般空冷散熱器,運作溫度將高達 60 度。

研究中指出,未來此一技術可擴大應用於各式各樣的晶片,包含過去發熱過於集中,而無法實際生產量造的晶片設計,更可將多顆晶片疊覆封裝而不必擔心散熱問題。或是應用於晶片之外,例如功率放大器也需要相當有效地將廢熱散去。

此項研究計畫由美國國防高等研究計劃署的微系統科技辦公室所發起,有了此項技術之後,或許未來我們所買到的處理器或是顯示卡,將直接內建與水冷管道連接的轉接器,只需連結幫浦與散熱排,加入水冷液之後就是極具效率的散熱系統。

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