Research press release

電子工学:冷却システムを内蔵したマイクロチップ

Nature

Electronics: Microchips with inbuilt cooling

マイクロチップに集積された液体冷却システムが、従来の電子冷却法と比較して、並外れた冷却性能を示すことを報告する論文が、今週、Nature に掲載される。電子チップ内に直接液体冷却システムを埋め込むことは、電子回路の発熱を制御するための持続可能で費用効果の高い方法として有望視されている。

デバイスの小型化への需要が高まるにつれて、電子回路の冷却の難度が上がっている。水冷システムは、電子回路の冷却に使用できるが、効率の低いものがあるために、環境への影響がますます大きくなっている。例えば、米国内のデータセンターだけで、年間24テラワット時の電力と1000億リットルの水が冷却のために消費されている。これは、フィラデルフィアと同じ規模の都市全体の消費需要に匹敵する。

マイクロチップに液体冷却システムを埋め込む方法は注目に値するが、現在の設計では、別々に作製されたマイクロチップと冷却システムを使用するため、冷却システムの効率が制限される。Elison Matioliたちの研究チームは、今回の論文で、マイクロ流体技術を応用したヒートシンクと電子回路を組み合わせて設計し、同じ半導体基板内で作製する集積手法について記述しており、その冷却能力が従来の設計の最大50倍であると報告している。Matioliたちは、この方法は、大型の外部ヒートシンクを使用する必要がないため、電力変換装置などのより多くの小型電子デバイスを1個のチップに集積できる可能性もあると結論付けている。

An integrated liquid cooling system within a microchip demonstrates exceptional cooling performance when compared with conventional electronics cooling methods, reports a paper in Nature this week. Embedding liquid cooling directly inside electronic chips is a promising sustainable and cost-effective approach to control the heat generated by electronics.

Cooling of electronic circuits becomes challenging as demand for smaller devices increases. Water systems can be used to cool electronics, but this cooling can be inefficient and has an increasingly large environmental impact. For example, data centres in the United States alone use 24 terawatt-hours of electricity and 100 billion litres of water for cooling per year, which is comparable to the consumption needs of a city of the size of Philadelphia.

Embedding liquid cooling into microchips is an attractive approach, but current designs involve separate fabrication chips and cooling systems, limiting the efficiency of the cooling system. Elison Matioli and colleagues describe an integrated approach in which microfluidics-based heat sinks are designed in conjunction with the electronics and made within the same semiconductor substrate. The cooling power is up to 50 times greater than that of conventional designs, the authors report. They conclude that by removing the need for large external heatsinks, this approach could also enable more compact electronic devices, such as power converters, to be integrated onto a single chip.

doi: 10.1038/s41586-020-2666-1

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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