Учёные Томского политехнического университета (ТПУ) в сотрудничестве с коллегами из Российской академии наук (РАН) добились существенного прогресса в сфере микроэлектроники: им удалось создать технологию, ускоряющую охлаждение микрочипов в 20 раз. Итоги научной работы опубликованы в престижном международном издании — International Journal of Heat and Mass Transfer.

В чём значимость открытия?

Одна из главных проблем современной электроники — перегрев микрочипов. По мере роста производительности процессоров и микросхем вопрос эффективного теплоотвода приобретает всё большую актуальность: избыточное тепло снижает работоспособность устройств, укорачивает срок их эксплуатации и порой становится причиной выхода техники из строя.

Российские специалисты предложили инновационный метод охлаждения. Вместо увеличения мощности вентиляторов или усложнения систем теплоотвода учёные переосмыслили сам механизм взаимодействия охлаждающей жидкости с поверхностью чипа.

Принцип работы технологии

Основа разработки — формирование теплопередающих поверхностей с регулируемой смачиваемостью. Исследователи создали трёхэтапный комбинированный способ обработки материалов:

1. Лазерное текстурирование. На поверхности формируются микроструктуры с повышенной шероховатостью. Это позволяет увеличить площадь контакта с охлаждающей жидкостью и усилить теплообмен.

2. Химическая модификация. Поверхность обрабатывают специальными составами, создающими гидрофильные (влаголюбивые) участки. Такие зоны притягивают и удерживают капли жидкости в зонах с максимальным нагревом.

3. Термолиз углеводородных жидкостей. Завершающий этап обработки стабилизирует свойства поверхности и повышает её долговечность.

Благодаря этой методике капли охлаждающей жидкости целенаправленно поступают в наиболее нагретые участки чипа и обеспечивают эффективный отвод тепла даже при относительно невысоких температурах.

Области применения

Разработанную технологию можно внедрить в различных направлениях:

• суперкомпьютеры и серверные фермы — для надёжного охлаждения высокопроизводительных вычислительных комплексов;

• игровые ПК и ноутбуки — чтобы исключить троттлинг (снижение производительности из‑за перегрева);

• мобильные устройства — смартфоны и планшеты будут работать стабильнее и дольше без риска перегрева;

• искусственный интеллект и машинное обучение — вычислительные ускорители (GPU, TPU) смогут эффективнее выдерживать высокие нагрузки;

• космическая и военная электроника — обеспечение надёжного охлаждения в экстремальных условиях;

• автомобильные процессоры — в системах автономного вождения и мультимедийных комплексах.

Перспективы

На текущий момент технология проходит лабораторные испытания, однако её потенциал весьма значителен. В дальнейшем исследователи намерены:

• адаптировать метод для промышленного масштабирования;

• провести испытания на различных типах микрочипов и охлаждающих жидкостей;

• усовершенствовать процесс обработки поверхностей, чтобы сократить затраты на внедрение.

Это достижение наглядно демонстрирует, как результаты фундаментальных научных изысканий российских учёных способны привести к масштабным технологическим преобразованиям. В перспективе новая методика охлаждения может стать отраслевым стандартом в мировой микроэлектронике.