Der 3D-Druck eröffnet neue Möglichkeiten für die Kühlung von KI-Chips
Mit der Entwicklung des Miniaturisierungstrends bei elektronischen Geräten hat auch das Problem der Überhitzung zugenommen. Um dieser Herausforderung zu begegnen, ist es wichtiger denn je, die Wärmeableitungsleistung durch eine Verbesserung des Kühlerdesigns zu verbessern. Insbesondere angesichts der rasanten Entwicklung der KI-Technologie bereitet das Problem der Chip-Wärmeableitung der Branche Sorgen. Ein Chip in der Größe einer Nagelkappe ist eigentlich eine 300-Watt-Wärmequelle. Doch in Wirklichkeit ist der Chip bereits glühend heiß, bevor er diesen Stromverbrauch erreicht.
Die Miniaturisierung und hohe Integration von Chips kann zu einer deutlichen Erhöhung der lokalen Wärmestromdichte führen. Die Verbesserung der Rechenleistung und -geschwindigkeit bringt einen enormen Stromverbrauch und eine enorme Wärmeentwicklung mit sich. Einer der Hauptfaktoren, die die Entwicklung von Chips mit hoher Rechenleistung einschränken, ist ihre Fähigkeit zur Wärmeableitung. Mehr als 55 % der Chipausfälle werden durch mangelnde Wärmeübertragung oder steigende Temperaturen verursacht. Wenn die Temperatur des Chips über 70 Grad liegt, sinkt seine Zuverlässigkeit bei jedem Temperaturanstieg um 10 Grad um 50 %.
Die Rolle der 3D-Drucktechnologie im Bereich des Wärmeaustauschs ist offensichtlich geworden und kann auch bei der Lösung von Problemen mit der Wärmeableitung auf Chipebene eine Rolle spielen. Referenz zur 3D-Drucktechnologie stellte fest, dass ein Unternehmen namens ToffeeX eine selbst entwickelte Software zur Entwicklung eines CPU-Flüssigkeitskühlungswärmetauschers verwendete und diesen mithilfe der elektrochemischen 3D-Drucktechnologie herstellte, wodurch der Druckabfall des Kühlkörpers um 60 % reduziert wurde. Das Verfahren der elektrochemischen additiven Fertigung (ECAM) hat ein Wunder in der Herstellung von reinem Kupfer geschaffen – es erreicht eine Voxelgröße von 33 Mikrometern, was einer unglaublichen Auflösung entspricht, und kann mit kostengünstigen Materialien auf Wasserbasis bei Raumtemperatur gedruckt werden.
Heutzutage ist die Halbleiterindustrie auf Kühlplatten und andere Kühlgeräte angewiesen, die typischerweise durch Schmiede- oder Drehprozesse hergestellt werden. Diese Prozesse beschränken sich auf die Herstellung regelmäßiger Rippen, die nur in eine Richtung hergestellt werden können, und sind in der geometrischen Form, die diese Merkmale ausfüllen kann, begrenzt. Electrochemical Deposition Additive Manufacturing (ECAM) ist eine völlig andere Metall-3D-Drucktechnologie, mit der hochwertige Teile mit hervorragender Merkmalsauflösung und Wirtschaftlichkeit hergestellt und eine skalierbare Großserienproduktion mit hoher Auflösung erreicht werden können.
Doch zusätzlich zu den Herstellungsherausforderungen sind auch die Oberfläche und die verfügbare Kühlkapazität von Wärmemanagementgeräten, die auf herkömmliche Weise hergestellt werden, begrenzt. Der 3D-Druck bietet nicht nur eine Möglichkeit, die Oberfläche und Rauheit für eine bessere Wärmeableitung zu vergrößern, sondern bietet auch einen Weg zur Herstellung komplexer flüssigkeitsgekühlter Platten und Wärmetauscher, wodurch die Leistung erheblich verbessert wird.
