Nya avancerade tillverkningstekniker har krympt transistorer för att kunna producera kretsar med högre transistordensitet. Det blir svårare och svårare att göra byggstenarna mindre, något som inom industrin ibland beskrivs som att "atomerna börjar ta slut". En del av lösningen på det är att istället stapla kretsar och bygga på höjden istället för bredden. Både den ökade densiteten och staplande innebär dock att värmeutveckling blir ett större problem och ställer nya krav på hur värmen transporteras bort.
Det absolut vanligaste är att leda bort värme med hjälp av en kylfläns i kontakt med en värmespridare (IHS), kombinerat med luft eller vatten för att transportera det vidare. Detta får dock endast effektiv kontakt med det översta lagret, vilket blir ett problem när det är staplat på höjden. TSMC vill lösa det med en slags kretsintegrerad vattenkylning, där vatten leds i kanaler genom kislet.
TSMC:s utforskar metoden med hjälp av en prototyp i koppar, där de i en kontrollerad testmiljö låter vatten flöda på tre olika vis. Den första metoden innebär att vattnet går i kanaler runt pelare av kretsar, likt öar i ett hav. Den andra är mer likt diken med ett flöde liknande hur en flod agerar. Den tredje är endast en enkel kanal högst upp som vilar ovanpå kretsarna. I alla exempel kyls vattnet ned externt till 25° celsius.
Utöver olika flöden testar de även tre olika integrationer. Det mest effektiva hittills är vad de kallar "direct water cooling" där kanaler för vattnet är inetsade redan när kretsarna tillverkas och vattnet är i direkt kontakt. Varianter där kanaler etsades i ett eget lager kisel som sedan omger kretsar med ett lager värmeledande material mellan fungerade sämre. Oavsett vilket material förlorades effekt när värmen behövde ledas till vattenlagret först.
Metoden är något liknande de kylmetoder som går ut på att sänka ned komponenter i vätska med låg elektrisk ledningsförmåga och står därmed inför liknande utmaningar. Det är både kostsamt och svårt att göra utan att riskera skada komponenten som kyls ned, eller andra komponenter i systemet. För närvarande har det endast testats på prototyper och det dröjer troligtvis flera år innan en fungerande design når konsumenter, men det kan vara en framtida lösning.
Källa: Tom's Hardware
