IBM zeigt 3D-Chip mit integrierter Wasserkühlung

Neues von IBMs High Thermal Conductivity Interface Technology

IBM- und Fraunhofer-Forschern ist es gemeinsam gelungen, funktionierende 3D-Chip-Prototypen mit integrierter Wasserkühlung zu entwickeln. Das Verfahren basiert auf mikroskopisch kleinen Kanälen zwischen den Prozessorebenen und wurde von IBMs Züricher Forschungslabor bereits 2006 als "High Thermal Conductivity Interface Technology" vorgestellt.

Wie das IBM Forschungslabor Zürich mitteilte, konnte in Zusammenarbeit mit dem in Berlin ansässigen Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) erste Prototypen der neuartigen Wasserkühlmethode für gestapelte Chips realisiert werden. Dabei wird Wasser durch etwa 50 Mikrometer feine Strukturen direkt zwischen den einzelnen Prozessorebenen gepumpt, so dass der ganze Chip von innen gekühlt werden kann.

IBMs 3D-Chip ist auf mehreren Stockwerken mit Wasserleitungen durchzogen

Trivial war die Realisierung des Prototypen laut den Forschern nicht, da sowohl der Wasserfluss durch die extrem dünnen Ebenen optimiert als auch die Elektronik und hier insbesondere die vielen Tausenden elektronischen Datenverbindungen gegen das Wasser isoliert werden mussten.

Der Durchbruch der IBM-Forscher soll nun neue Perspektiven für die Entwicklung von 3D-Chips bieten. Durch das Stapeln von mehreren Chipebenen übereinander soll sich künftig eine Leistungssteigerung gemäß dem Mooreschen Gesetz erzielen lassen.

Der wassergekühlte 3D-Chip-Prototyp von IBM

Dreidimensionale Chiparchitekturen können zwar die Grundfläche des Chips reduzieren, bei gleichbleibender Größe mehr Transistoren unterbringen und durch verkürzte Datenverbindungen die Leistung steigern. Doch gleichzeitig kann die Hitze weniger leicht abgeführt werden, herkömmliche Kühlkörper sind IBM zufolge zu ineffizient.

"Komplexere Designs, bei denen Prozessoren in hauchdünnen Lagen aufeinander gestapelt würden, erreichten eine Leistungsdichte, die selbst die von Plasma- oder Atomreaktoren überträfe", so die IBM-Forscher in ihrer Mitteilung. Die neue Kühlmethode soll die nötige Leistung dafür aufbringen.

Prototyp unter dem Rasterelektronenmikroskop Der 1 qcm große Prototyp soll eine Leistung von 180 Watt/qcm auf jeder seiner vier Ebenen bieten - und könnte so selbst gestapelte Prozessoren ausreichend kühlen. Zudem sei die Technik effizient und mit den Chipebenen skalierbar. Ab wann mit einer Marktreife zu rechnen ist, wurde noch nicht mitgeteilt.

Auch andere Forscher widmen sich der Integration von Flüssigkühlung direkt in Chips, kurz vor IBMs Ankündigung der High Thermal Conductivity Interface Technology im Jahr 2006 stellte auch die US-amerikanische Purdue University ein entsprechendes Forschungsprojekt mit Mikropumpe und winzigen Kanälen vor.