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[情報] 台積電要將「水冷系統」整合到晶片上?

看板PC_Shopping標題[情報] 台積電要將「水冷系統」整合到晶片上? 作者
giorno78
(天晴)
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散熱一直是晶片的頭號問題,隨著算力提升,晶片產生的熱能也愈來愈高。對此,台積電近期在 VLSI 研討會上發表「水冷晶片」的研究,提供散熱問題的解決方案。

台積電將水冷系統整合至晶片,直接降溫

關於晶片散熱,常見的做法是在晶片上塗導熱矽脂,將熱量傳到散熱器底部,導熱管、水冷管再將熱量導到鰭片,最後風扇將鰭片的熱量吹走,完成散熱。但部分晶片頂部有用於保護的金屬蓋,下面才是晶片核心,因此晶片必須透過內部的導熱材料,先將熱量傳到金屬蓋,再透過晶片外的導熱矽脂帶走熱量。至於沒有金屬蓋的晶片(例如筆電 CPU),頂部也會有矽材料,它的功用是保護電路結構,但也阻絕了散熱。

隨著電晶體密度提升,產生的熱量也愈來愈多,因此台積電將水冷系統整合在晶片中,讓水直接從晶片內帶走熱量。台積電測試了三種水冷設計,一種是 DWC(直接水冷),直接在晶片表面的矽蝕刻凹槽,讓導熱液體流動並帶走熱量;另一種是在晶片頂部添加蝕刻水路的矽材料結構。由於需要使用導熱材質來接合這兩層結構,而根據導熱材質的不同,就衍伸出 OX TIM(矽氧體導熱材質)與 LMT(液態金屬導熱材質)兩種方案。



根據台積電的研究,DWC 的散熱效果最好,能帶走 2.6 kW 的熱量,產生攝氏 63 度的溫差;OX TIM 效果其次,帶走 2.3 kW 的熱量,溫差為攝氏 83 度;LMT 效果最差,僅帶走 1.8 kW 的熱量,溫差為攝氏 75 度。


趨勢:軟體以性能為重,加劇晶片的能量消耗

以原理來說,台積電的水冷晶片與傳統方法相同,都是藉由導熱來散熱。但是透過將水冷系統整合至晶片的方式,可以讓散熱介質更接近熱源,提升散熱的效能。

之所以需要提升晶片散熱能力,除了電晶體密度提升等硬體升級外,軟體設計思維轉變也是重要因素。在 2000 年代以前,軟體大多會選擇犧牲運作速度,來降低對硬體的資源消耗。但從 Windows Vista 後,軟體開始強調運作速度,並將硬體性能運用到極限。例如 Google Chrome,它經常佔據大量的 CPU 與記憶體資源;或者是 Microsoft Office,它會使用 GPU 來加速運行,以確保操作的流暢度。

因此,在晶片算力與軟體運作性能的提升下,晶片的功耗愈來愈高,自然需要更優秀的散熱方案。透過將水冷系統整合至晶片的方式,台積電期望提升晶片的散熱能力,以確保運作順暢,滿足使用者的需求,實現更高效能的運算。


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scarbywind 07/22 19:09這不是要為2.5d鋪路?

jerrychuang 07/22 19:10感覺水管很難接出來卻不漏水阿

yys310 07/22 19:10期待

erisiss0 07/22 19:20晶片本身就設計管道的話,漏水不漏

erisiss0 07/22 19:21不影響

erisiss0 07/22 19:21因為管線如果打到晶片內部和在外面

kevin1221 07/22 19:22內建均溫板或導熱管的概念?

erisiss0 07/22 19:22散熱效率差的太多太多了

erisiss0 07/22 19:23裡面的散熱用液體應該是利用熱導管

erisiss0 07/22 19:23往外排,所以也沒有內部爆開的

erisiss0 07/22 19:24可以想成直接插到晶片層的塔散w

Kain123 07/22 19:252.6KW也太猛

jior 07/22 19:27這是直接改水噴射的概念!?

lazioliz 07/22 19:29溫差那邊在寫啥看不懂

smallreader 07/22 19:31是有辦法做到那麼小的熱導管嗎,要

smallreader 07/22 19:31有管路讓蒸氣移動跟同時回收冷凝水

smallreader 07/22 19:33是說溫差跟功率的關係怪怪的嗎?

smallreader 07/22 19:37不過圖表的熱阻係數沒有這種怪異點

qazwsx1225 07/22 19:37不用沒欸水冷了嗎

astrayzip 07/22 19:38這技術做起來以後晶片不知道能多強

waiter337 07/22 19:40焊上主機板的時候 不會炸水道嗎= =?

smallreader 07/22 19:40概念應該像水冷系統單一方向去循環

waiter337 07/22 19:41但如果真的能改善 手機散熱問題或許

Resowcle 07/22 19:43有溫差欸 所以可以利用溫差再省一點

Resowcle 07/22 19:43電?

qqq3q 07/22 19:45晶片內部溫度有的不是超過沸點了嗎?

ericinttu 07/22 19:46 是帶熱帶得夠快就不用到沸點嗎

shasen1235 07/22 19:47Intel:早說,14nm繼續用Let’s go

changmary 07/22 19:50amd給台GG代工 能超頻熱賣了

RaiGend0519 07/22 19:52所以漏水的時候是直接射在裡面嗎?

RaiGend0519 07/22 19:53水冷:「啊...啊!要射惹!去惹!」

RaiGend0519 07/22 19:54CPU:「不行!這毫秒是危險期!」

aegis43210 07/22 19:54這不是用在手機晶片吧,應該是用在H

aegis43210 07/22 19:54PC

rwr 07/22 20:08不如研發雙面散熱讓晶片整個站起來

cms6384 07/22 20:17又抓到外星人了?

geesegeese 07/22 20:23無法解決積熱問題,台積電到盡頭了

geesegeese 07/22 20:23看老黃不敢下單台積電就知道

wario2014 07/22 20:29感覺這不是普通的水冷液吧

comipa 07/22 20:47台積電到盡頭www

kngs555 07/22 20:54老黃不敢下台積電是在說笑嗎

aigame 07/22 20:56Intel要玩這麼大嗎我7nm還在做呢

kuma660224 07/22 21:07這是GG再突破到另一個層次

kuma660224 07/22 21:08有如當初從代工插手封裝 這次是

kuma660224 07/22 21:08不讓散熱成為自己代工發展的限制

kuma660224 07/22 21:09只有GG先做到 就再度甩開對手

kuma660224 07/22 21:09雖然代工對手也從來沒追上過

xxtomnyxx 07/22 21:10我覺得日後會設計成銜接式,晶片水

xxtomnyxx 07/22 21:10冷將熱導到設計好的傳倒介面上,再

xxtomnyxx 07/22 21:11用外部裝置散熱。

xxtomnyxx 07/22 21:11我覺得這個設計主要是要解決「晶片

kuma660224 07/22 21:11這個只是晶片內導熱從熱區到冷區

xxtomnyxx 07/22 21:11到散熱器中間的熱傳導效率」應該不

kuma660224 07/22 21:11不要讓熱集中在最熱那一點

jior 07/22 21:12可能來個類似熱導管的概念

kuma660224 07/22 21:12而是讓整個晶片去分攤熱度

xxtomnyxx 07/22 21:12會讓你能直接拉接到晶片內部的水冷

kuma660224 07/22 21:12然後再用傳統散熱處理整個晶片的熱

PulleyMouse 07/22 21:57這要封裝配合把管線接到更大的散熱

PulleyMouse 07/22 21:57面上吧?

PulleyMouse 07/22 21:57主機板可能要內建銜接館到散熱面上

PulleyMouse 07/22 21:58了...

ericinttu 07/22 22:05台積電到盡頭 空不下去的盡頭嘛??

kuma660224 07/22 22:48盡頭是無垠的星辰大海

kuma660224 07/22 22:48能阻止GG的只剩下未來大客戶用不起

kuma660224 07/22 22:49但GG會想辦法拐彎讓客戶用的起

kuma660224 07/22 22:50堆疊封裝與水冷都不一定要製程持續

kuma660224 07/22 22:50

kuma660224 07/22 22:51GG現在錢多 什麼奇淫巧計都能玩看

kuma660224 07/22 22:51

stosto 07/22 23:19我賭老黃不敢下高階的在3*

aaron5555 07/22 23:53這東西我覺得散熱不足的行動端比較

aaron5555 07/22 23:53需要就是了

ashaneba 07/23 00:37台積股票,香

Shepherd1987 07/23 01:58封裝一條龍, 沒有做不到只有買不起

tn601374 07/23 02:10手機導熱出來,功率太大會很燙手吧

tn601374 07/23 02:10,難不成戴手套玩手機?

tn601374 07/23 02:11看起來是桌面端大功率CPU,這是在

tn601374 07/23 02:11跟intel拼大瓦數

tn601374 07/23 02:14intel現在的優勢就是大瓦數大晶體

tn601374 07/23 02:14,散熱出得來,如果gg這招可行,那

tn601374 07/23 02:14amd就可以出大瓦數跟intel拼了

kuma660224 07/23 02:29手機應該是拼最新製程省電為主

kuma660224 07/23 02:30而HPC要高時脈高頻寬 寧願多用電換

kuma660224 07/23 02:30性能

Severine 07/23 02:57怎麼好像之前就聽過這消息

taipoo 07/23 03:09不看好,還要考慮SMT打件,會爆開的

michelin4x4 07/23 04:24要解局部熱堆積的問題,所以才設計

michelin4x4 07/23 04:24水流道,就是用mems的方式製作

lu19900217 07/23 06:43就想成鐵蓋內就有熱板,超眾,雙鴻

lu19900217 07/23 06:43等類股,股價噴噴?

ATand 07/23 08:02晶片蝕刻水路?要怎麼把水封進去

rfoo1789 07/23 08:06開蓋玩家:哭啊

cms6384 07/23 08:36讓你們想到還叫獨門技術嗎?

JASONGOAHEAD 07/23 09:14飲水機用的製冷晶片?

a85139138 07/23 10:42溫差拿來,確定沒寫錯嗎

a85139138 07/23 10:43*裡

anipeg 07/23 13:46就是水冷頭直接做在晶片上啦

geesegeese 07/23 13:49今天股價又下跌就是證明

geesegeese 07/23 13:49期待晚上ADR大跌

sova0809 07/23 14:20熱脹冷縮會不會有問題?

skywgu 07/24 10:44以後cpu散熱器會跟cpu黏在一起…

YJJ 07/24 12:37順便把技術革新到其他領域就賺爆