Создание более совершенных методов отвода тепла от процессоров отстаёт от стремительного увеличения их производительности и сопутствующего роста тепловыделения. Исследователи из России разработали комбинированный подход, который усиливает достоинства уже применяемых решений.
Специалисты из Института теплофизики имени С. С. Кутателадзе СО РАН обнаружили новый метод охлаждения высокотемпературных интегральных микросхем, сообщает официальное издание СО РАН «Наука в Сибири».
Разработанный учёными гибридный метод объединяет плюсы микроканальных и микроструйных систем, обеспечивая эффективное охлаждение даже наиболее мощных компьютерных процессоров.
Эта инновация даст производителям возможность создавать ещё более мощные устройства, которые будут отличаться компактностью и меньшей стоимостью по сравнению с нынешними моделями, оснащёнными громоздкими радиаторами и вентиляторами.
Разработка представляет собой гибридный теплообменник, работающий на водяном охлаждении. Вода циркулирует в микроканалах, расположенных внутри герметичной медной пластины, которая прилегает к чипу.
Микроканалы превосходно отводят тепло, однако при чрезвычайно высоких тепловых потоках в них возникают паровые пробки и «сухие зоны», которые перекрывают движение жидкости. Такие сухие участки резко ухудшают эффективность охлаждения.
Российские теплофизики нанесли на стенки каналов специальный гидрофильный слой. Он предотвращает появление «сухих зон» и сохраняет равномерную тонкую плёнку жидкости. При этом вода активно закипает. Кипение поглощает огромное количество тепла, ведь для превращения воды в пар требуется в 20 раз больше энергии, чем для её обычного нагрева.
Проблема перепадов давления в разных каналах в процессе кипения решается с помощью микроструй. Жидкость подаётся через особые отверстия и в виде тонких струй направляется на поверхность, смывая пар и постоянно доставляя свежую жидкость к «горячим точкам», объяснили учёные.
Вопрос отвода тепла в современных процессорах становится всё более острым из-за быстрого прогресса технологий. Мощность чипов растёт, а их размеры уменьшаются, из-за чего огромное количество тепла выделяется на крошечной площади, а скорость нагрева увеличивается.
Будущее производительности и дизайна ноутбуков напрямую зависит от достижений в теплотехнике, заявлял Джош Ньюман (Josh Newman), вице-президент и генеральный менеджер по мобильным инновациям в Intel, комментируя контракт с компанией Frore Systems на внедрение её активной системы охлаждения чипов под названием AirJet, о чём CNews писал в 2022 году.
Кулер AirJet использует вибрацию мембраны, чтобы втягивать прохладный воздух через четыре отверстия, расположенные в верхней части устройства. Этот воздух поступает внутрь кулера, нагревается под воздействием тепла, выделяемого чипом, а затем, перемещаясь параллельно поверхности теплораспределительной крышки процессора, выводится за пределы охлаждающего механизма — снова благодаря высокочастотным колебаниям мембраны.
В сентябре 2025 года специалисты Microsoft успешно протестировали инновационную систему микрофлюидного охлаждения процессоров и сообщили, что её эффективность в три раза превосходит самую современную и широко распространённую сегодня технологию охлаждающих пластин. Для этого им пришлось подобрать оптимальный состав охлаждающей жидкости и создать новый герметичный корпус для чипа, поскольку микрофлюидика предполагает подачу охлаждающей жидкости непосредственно в кремний.
