IBM水冷式三维芯片栈结构，有望解决散热

      IBM的苏黎世研究室于日前发布了水冷式三维芯片栈，公司希望能够在2013年前将这项技术商用于他们的多核服务器。

      IBM计划将处理器核和之间的存储芯片排布成堆栈的方式，可以成百倍的增加他们的互联同时降低整个系统的尺寸，为了达到每层180瓦的散热效率，需要将水注入这些芯片栈之间的50微米左右的管道。

      “电互连已经达到了线连接的临界点，连线是不能都用晶体管的尺度来衡量的，因为连线的宽度一直在缩小，但长度没有，“IBM苏黎世研究员Thomas Brunschwiler介绍到“我们的方案就是跨越到三维的方式，组成多核的芯片栈。这样它们的互联就可以垂直进行，这样可以缩小多达100倍的长度。

      IBM关于这方面的论文，“垂直集成封装下的强迫式对流夹层冷却法”在5月晚些时候在佛罗里达奥兰多举办的IEEE ITherm会议上获得了最佳论文奖。这标志着IBM的苏黎世实验室的热封装团队连续第三年赢得了这个奖项，苏黎世团队将会聚焦于水冷研究，因为在电子散热领域水的效率要高于空气4000倍。

      今年早些时候，该小组就发布了IBM水冷集群超级计算机的方法，对于水冷集群计算机Power 575来说，苏黎世小组采用在每个核上用注满水的铜盘做散热槽的方法取代了散热器。苏黎世小组预计在未来5到10年内IBM的高端多核计算机都会从这种铜盘水冷方法迁移至三维芯片栈的方法。

      三维水冷式芯片栈采用处理器核以及存储芯片并列插入，这样就可以通过外包硅氧化物的铜线连接实现芯片对芯片的垂直互联，薄膜焊接（使用电镀）使得分离的模块与上下层进行电气邦定，同时硅氧化物构成的绝缘层使得铜线连接和流动的水绝缘。

      这种三维芯片栈的功率密度得到了极大的增加，层间的热量足以融化内核，为了解决这一问题，IBM在每个模块的背后硅氧化物上刻上了导流渠。相当于建立了10000个分离式注水空穴，每一个都为外包硅氧化物的铜导线提供散热，这项技术使得水沿着芯片栈层间的导流渠流动，使得IBM能够解决任何尺度的三维多芯片栈的散热。

      这项技术“能够使得芯片栈层间的水带走热源的热量” Brunschwiler介绍到“我们发现为了达到更好的散热效果，需要在这样的结构，在散热液流经的路径上产生很小的阻力，我们发现流动路径上的圆柱结构可以达到比较好的热传递的效果。”

      IBM用密封加压的硅对这种芯片栈进行封装，一头有入水口，一头有出水口，入水口通往出水都的唯一路径就是穿过硅氧化物层，根据IBM的说法，散热液进入三维芯片栈带走热量，受保护铜导线将芯片栈垂直连接，当穿越芯片栈内部各层之后，散热液可以流入铅制的活拴，带走数据中心多余的热量，减少数据中心的碳印。

      下一步，该小组准备为更小的芯片尺寸优化散热结构，会有更多的互连结构和更为复杂的热传递结构，特别是为了核上的热点加入了格外的散热结构。

      最后，IBM预想了一种散热结构的层次，即扩展范围，可以扩展到更大的通过层间互连的表面区域。