Le micro-watercooling, ou comment repousser les limites de l’électronique

Le micro-watercooling, la solution contre la surchauffe des micro-processeurs

C’est du moins c’est ce qu’espère une équipe de chercheurs le l’EPFL. En effet, miniaturiser les processeurs comporte deux grands problèmes dont l’un d’eux peut être réglé par le micro-watercooling. Pour commencer, quels sont ces deux problèmes ? Le premier vient des transistors.

Plus un transistor est petit, plus on peut en mettre dans un espace donné, ce qui augmente la puissance de calcul. Mais, plus il est petit, plus il est difficile à fabriquer et contrôler. Car, pour miniaturiser un transistor, il faut rapprocher l’entrée (source) de la sortie (drain). Ceci pose un défi technique car, premièrement, graver des détails si petits est complexe. Mais, en plus, plus on approche la source et le drain, plus les électrons auront tendance à passer tout droit ! Ceci indépendamment de si le transistor est fermé ou ouvert, c’est l‘effet tunnel.

Pour régler ce problème, les scientifiques changent la forme du transistor, le voltage de la gate (qui ferme le transistor), voire même se penchent vers des alternatives au silicium tel que les nanotubes de carbones ou le disulfure de molybdène.

Vient maintenant le deuxième problème, celui de la densité de chaleur. Cette fois-ci, le problème est une conséquence directe de la miniaturisation. Comme chaque transistor dégage de la chaleur, plus les transistors sont petits et proche, plus cette chaleur est condensée. Le problème sous-jacent, c’est qu’il y a une limite à la quantité de chaleur déplaçable par centimètre carré de matériaux. On a donc beau utiliser des refroidissements liquide avec d’immenses radiateurs, on est limité par la vitesse à laquelle la chaleur passe du processeur au bloc.

La première solution à ce problème consiste à changer le cuivre du bloc de refroidissement par un matériaux plus conducteur. Par exemple, on peut changer le cuivre par de l’argent ou, encore mieux, du diamant. Nul besoin de vous expliquer pourquoi cette solution n’est pas viable. L’autre solution, c’est celle proposée par ces chercheurs : augmenter la surface d’échange.

Pour prouver que le concept fonctionne les chercheurs l’ont appliqué à un système simple : un convertisseur d’énergie. Celui-ci présente deux couches, une en nitrure de gallium qui contient les circuits logiques et une en silicium qui sert de support physique. Dans cet assemblage à deux couches, les chercheurs percent des fentes au laser. Puis, ils agrandissent la partie du canal située dans le silicium via des bains chimiques (etching). Sous ces canaux se trouve un autre assemblage où circule le liquide de refroidissent. Pour protéger les transistors l’équipe de recherche plaque du cuivre le long des canaux.

Ainsi, le liquide de refroidissement circule à l’intérieur de la puce. Au final, ce système extrait jusqu’à 1700 watts par centimètre carré et garde la puce aux alentours de 60°C. Évidemment, il s’agit pour le moment d’un prototype de laboratoire. Mais, l’équipe Suisse espère changer le monde du serveur. En effet, dans ce domaine le refroidissement pose un problème. Les estimations actuelles disent que 30% du budget énergétique d’un data center part dans le refroidissement. Avec cette technologie de micro-watercooling, il serait possible de consacrer moins d’un pour cent du budget énergétique au refroidissement du centre.

Source : arstechnica

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