# יבמ מפתחת טכנולוגיה חדשה לקירור רכיבי מחשב

> הקירור יתבצע באמצעות הזרמת מים בין השכבות של שבבים זעירים מדענים של יבמ מפתחים טכנולוגיה חדשה לקירור שבבי מחשב הערוכים במבנה תלת מימדי – רכיב מעל רכיב – באמצעות הזרמת מים בין השכבות השונות. פיזור החום בעזרת נוזל יעיל פי כמה וכמה בהשוואה לקירור באמצעות אוויר, בו נעשה שימוש בשבבים רגילים – מה שפותח את הדרך לפריצת התחזיות המסורתיות כפי שהוגדרו במסגרת חוק מור, לגבי ההתפתחות העתידית בעוצמת המחשוב. פיתוח…

- Canonical: https://www.hayadan.org.il/3d-coolinh-for-chips-060608
- Author: שירות הידען
- Published: 2008-06-06T00:21:00+03:00
- Modified: 2009-05-11T09:10:08+03:00
- Sections: טכנולוגית מיחשוב
- Topics: אנרגיה, חוק מור, טכנולוגיות מיחשוב, יבמ, מדעי המחשב

## Article

הקירור יתבצע באמצעות הזרמת מים בין השכבות של שבבים זעירים מדענים של יבמ מפתחים טכנולוגיה חדשה לקירור שבבי מחשב הערוכים במבנה תלת מימדי – רכיב מעל רכיב – באמצעות הזרמת מים בין השכבות השונות. פיזור החום בעזרת נוזל יעיל פי כמה וכמה בהשוואה לקירור באמצעות אוויר, בו נעשה שימוש בשבבים רגילים – מה שפותח את הדרך לפריצת התחזיות המסורתיות כפי שהוגדרו במסגרת חוק מור, לגבי ההתפתחות העתידית בעוצמת המחשוב. פיתוח זה חשוב במיוחד מאחר ותפוקת החום המצרפית של שבב תלת-מימדי צפויה להיות גבוהה במיוחד: כמעט קילו-ואט שלם לכל סנטימטר מעוקב של שבב – פי עשרה מכל מכשיר אחר שנבנה אי-פעם בידי אדם. למעשה, צפיפות הפקת האנרגיה (כמות החום לכל יחידת נפח נתונה) בשבב כזה גבוהה מזו של כורים גרעיניים. חוקרים במעבדות המחקר של יבמ בציריך, בשיתוף עם מכון פראנהופר בברלין, הציגו טכניקה חדשה ויעילה במיוחד לקירור שבבים במבנה תלת-מימדי – בעזרת מים. אב-הטיפוס המוצג עתה שואב ומזרים כמיות זעירות של מים – ישירות בין שכבות הסיליקון. המבנה החדש מאפשר להציב אלה מעל אלה יחידות עיבוד ורכיבי זיכרון, אותם אפשר היה למקם עד היום רק אלה לצד אלה. כך, ניתן לצמצם את מימדי השבב ולשפר את ביצועיו, בזכות קיצור המרחק הפיזי בין המעבד לזיכרון, ובזכות האפשרות לפעול במהירויות גבוהות יותר, מבלי שהחום הנוצר עם העלייה בקצב השעון יסכן את השבב או ישבש את ביצועיו. לפני כשנה, הציגה יבמ חידושים בתהליכי הייצור של שבבים מרובי שכבות במבנה תלת-מימדי, המאפשרים לקצר את המרחק אותו נדרש המידע לעבור בתוך השבב עד כדי אלפית המרחק האופייני לשבבים במבנה דו-מימדי, ולהכפיל פי 100 את מספר ערוצי הנתונים הזמינים בכל שבב. המדענים ביבמ חוקרים תפיסות וגישות שונות להצבת יחידות זיכרון מעל מעבדים – על מנת להגיע בסופו של דבר לשבבים המשלבים מספר גדול של ליבות עיבוד זו מעל זו. הבעייה היא, שתסריטי מבנה מורכבים כל כך מציבים אתגר אמיתי בתחום הקירור. שיטות קירור מסורתיות אינן ניתנות להרחבה ולמידרוג במסגרת הטכנולוגיה הקיימת – ומה שנדרש הוא קירור בין-שכבתי. עד היום, לא הצליח יצרן שבבים כל שהוא להציג מודל עובד של מערכת קירור כזאת. הצוות של יבמ מזרים מים אל תוך מערכת הקירור, הבנויה מצינוריות שחתך הרוחב שלהן דומה לזה של שערת ראש ממוצעת – 50 מיקרון בלבד. הצינוריות האלה ערוכות בין שכבות השבב, ומפנות באופן יעיל במיוחד את החום הנוצר במהלך הפעילות. תכונות הולכת החום המשופרות של המים, מאפשרות לקרר ולפנות חום של 180 ואט לכל סמ"ר של שכבת שבב, התופס בסך הכל 4 סמ"ר. הגישה הקלאסית, שבה מקררים רק את צידו החיצוני של השבב, אינה מאפשרת כמובן בניית מבנה תלת-מימדי, שבו ערוכים המעגלים זה מעל זה. על מנת להוכיח את יעילות הטכנולוגיה החדשה של יבמ, הזרימו החוקרים מים דרך מבנה ניסוי במימדים של 1X1 ס"מ, שכלל שכבת קירור אחת הניצבת בין שני מקורות חום. שכבת הקירור, בגובה 100 מיקרון, כוללת 10,000 נימים אופקיות זעירות, בהן עוברים המים. החוקרים הצליחו להתגבר על הבעיות הטכניות של תכנון וקירור מבנה קירור אטום לחלוטין, שיבטיח זרימה יעילה, אחידה ומהירה של מים – וישמור על אטימה מלאה, על מנת שלא להסתכן בדליפה ובקצר במעגלים החשמליים. ביבמ משווים את אתגר המורכבות של מערכת הקירור הזאת לזה של המוח האנושי: מיליוני עצבים ונוירונים מעבירים ביניהם אותות – מבלי להתערב או להגיע למגע בלתי רצוי עם עשרות אלפי כלי-דם המספקים אנרגיה ומווסתים את רמת החום. יצור השכבות השונות מבוצע בטכנולוגיות ייצור המוכרות בעולם המיקרו-אלקטרוניקה – למעט תוספת תהליך ייחודי הנדרש על מנת ליצור חורים זעירים, או קדח המאפשר מעבר אותות בין השכבות השונות. בידוד הערצוים האלה התבצע באמצעות הותרת "קיר סיליקון" סביב כל חיבור בין-שכבתי, ותוספת שכבת תחמוצת סיליקון המבודדת את החיבור החשמלי מהמים. תהליך הייצור של המבנה המורכב הזה התבצע ברמת דיוק של 10 מיקרון – פי עשרה מרמת הדיוק הנדרשת במערך החיבורים של שבבים מהדור המוכר כיום. הרכבת השכבות השונות זו מעל זו התבצעה בטכנולוגיה חדשה שפותחה במיוחד לצורך זה, כאשר בתום התהליך כולו ממוקם מערך העיבוד התלת-שכבתי בתוך מבנה קירור מסיליקון. המים מוזרמים אל צידו האחד של מבנה הקירור, עוברים בין השכבות השונות, ונשאבים החוצה אל הצד השני.