Chińczycy rozwiązali problem przegrzewania chipów. Microsoft i NVIDIA mogą zapomnieć o gigantycznych systemach chłodzenia

Wydajność współczesnych procesorów, zwłaszcza tych projektowanych z myślą o sztucznej inteligencji i centrach danych, napotyka na coraz ostrzejszą barierę. To nie architektura, a limit termiczny dyktuje, jak szybko i jak mocno możemy obciążać nasze układy. Prawa fizyki są bezwzględne, a rosnąca gęstość mocy sprawia, że nawet potężne zestawy All-in-One czy custom loopy ledwo nadążają. Odpowiedź na problemy z temperaturą kryje się dosłownie wewnątrz krzemu.

Osiągnięcie gęstości odprowadzania ciepła na poziomie 3000 W/cm² przy zaledwie 0,9 W/cm² mocy pompowania to nowy standard efektywności energetycznej w chłodzeniu półprzewodników.

Cooler Master Hyper 212 3DHP Black (ARGB) i V4 Alpha 3DHP Black - nowe chłodzenia powietrzne z technologią ciepłowodów 3DHP

Zminiaturyzowane układy scalone to współcześnie prawdziwe piece. Im więcej tranzystorów upychamy na milimetrze kwadratowym krzemu, tym większe wyzwanie stanowi odprowadzenie wydzielanego ciepła. Tradycyjne płyty chłodzące od lat osiągały plateau wydajności, czyli granicę około 2000 W/cm², której przekroczenie wymagało nieproporcjonalnie dużego nakładu energii. Zespół naukowców z Peking University właśnie zmienił te zasady. Ich trójwarstwowa architektura mikrofluidyczna nie tylko przełamała tę barierę, ale zrobiła to w sposób, który mógłby zrewolucjonizować podejście branży do zarządzania termicznego w centrach danych i urządzeniach wysokiej mocy. Publikacja w prestiżowym Nature Electronics opisuje rozwiązanie opracowane przez zespół profesora Song Baia z College of Engineering na Peking University. Podstawą sukcesu jest trójwarstwowa struktura mikrokanalików wytrawiona bezpośrednio w podłożu krzemowym. Pierwsza warstwa to rozdzielacz, który równomiernie rozprowadza wodę po całej powierzchni chipu. Działa jak system zraszaczy w ogrodzie, gdzie główna rura rozdziela wodę do wielu mniejszych wylotów. Środkowa warstwa zawiera miniaturowe dysze wystrzeliwujące strumienie cieczy bezpośrednio na powierzchnię układu scalonego, koncentrując się na przełamaniu bariery termicznej, tam, gdzie ciepło najbardziej się kumuluje. Dolna warstwa to mikrokanaliki o charakterystycznie ząbkowanych ściankach, które odprowadzają już nagrzany płyn.

Pasta termoprzewodząca AMeCh SGT-4 niszczy procesory i chłodnice. Kwas octowy i korozja to dopiero początek problemów

System osiąga gęstość odprowadzania ciepła na poziomie 3000 W/cm² przy mocy pompowania wynoszącej zaledwie 0,9 W/cm². To przekłada się na współczynnik wydajności (COP) równy 13,000, czyli wartość nieosiągalną dla konwencjonalnych rozwiązań. Dla porównania, typowe płyty chłodzące zatrzymują się na granicy 2000 W/cm² i wymagają znacznie większego nakładu energii do pompowania cieczy. Dzięki zastosowaniu standardowych technik MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), rozwiązanie to można wytwarzać masowo przy użyciu istniejących procesów produkcyjnych półprzewodników. Technologia trafia w idealny moment. Nowa generacja półprzewodników, jak azotek galu (GaN) i węglik krzemu (SiC), staje się standardem w pojazdach elektrycznych, telekomunikacji i energetyce odnawialnej. Jednak ich gęstość strumienia cieplnego na poziomie kilowatów na centymetr kwadratowy wykracza poza możliwości konwencjonalnego chłodzenia. Podobne wyzwanie dotyczy akceleratorów AI. NVIDIA Rubin Ultra ma osiągać 2300 W strat cieplnych z pojedynczego akceleratora, a prognozy na rok 2035 mówią o oszałamiających 15 360 W.

Montech LightFlow ARGB - chłodzenia AiO w wersji 240 i 360 mm z lustrem nieskończoności oraz długą gwarancją

Co to oznacza dla użytkownika i branży? Przede wszystkim możliwość projektowania bardziej zwartych i wydajnych układów bez obawy o przegrzanie. Centra danych mogłyby osiągać wyższą moc obliczeniową przy niższych kosztach energii przeznaczanej na chłodzenie. Warto zauważyć, że Microsoft od września 2025 roku również prowadzi badania nad podobną technologią mikrofluidyczną. Firma z Redmond osiągnęła trzykrotnie skuteczniejsze odprowadzanie ciepła w porównaniu z tradycyjnymi cold plate'ami. Chińska implementacja idzie jednak o krok dalej, oferując wyższy współczynnik wydajności przy standardowych procesach produkcyjnych. Pozostaje pytanie o komercjalizację. Choć rozwiązanie wykorzystuje istniejącą technologię MEMS, jego wdrożenie wymaga modyfikacji procesów pakowania chipów po stronie TSMC, Intela czy Samsunga. To nie jest zmiana, którą można wprowadzić z dnia na dzień. Jednak przy obecnych trendach wzrostu gęstości mocy w układach scalonych, branża może nie mieć wyboru. Albo zaadaptuje tego typu rozwiązania, albo utknie w martwym punkcie wydajności termicznej.