IBM präsentiert wassergekühlten 3D-Chip

Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) konnte das IBM-Forschungslabor Zürich den Prototypen eines wassergekühlten 3D-Chips entwickeln. Bei dieser neuartigen Methode für gestapelte Chips wird Wasser durch kleine Kanäle zwischen den einzelnen Ebenen gepumpt, wodurch eine starke Kühlleistung erreicht wird.

Durch das Stapeln von mehreren Chips in einem Gehäuse kann die Grundfläche des Chips reduziert und die Anzahl der Transistoren erhöht werden. Die dadurch verkürzten Verbindungswege steigern die Leistung signifikant. Solche dreidimensionalen Chiparchitekturen können mit herkömmlichen Kühllösungen nicht betrieben werden, da diese zu ineffizient sind. Aus der Pressemeldung geht hervor, dass gestapelte Chips mit einem Volumen von einem halben Kubikzentimeter eine Abwärme von knapp 1 Kilowatt produzieren.


Die Forscher haben nun winzige Kanäle mit einer Breite von lediglich 50 Mikrometer zwischen den einzelnen Ebenen geschaffen, durch die Wasser gepumpt wird. Die Kühlschicht selbst ist dabei nur 100 Mikrometer dick und erlaubt eine Kühlung des Chips direkt an der Hitzequelle. Extrapolierte Testergebnisse am 1 cm² großen Prototypen zeigen, dass bei einem 4 cm² gestapelten Chip die Abfuhr von bis zu 180 Watt/cm² und Ebene möglich ist. Diese Methode ist im Gegensatz zu herkömmlichen Kühlmethoden effizient und skalierbar.


Bruno Michel, seines Zeichens Manager für Chipkühlung, zufolge handelt es sich dabei um einen Durchbruch. Ab wann mit einer Marktreife der Technologie zu rechnen ist, wurde nicht mitgeteilt. Gegenwärtig arbeitet das Team daran, das Kühlsystem zu optimieren und untersucht den Einsatz von komplexeren Strukturen für die Kühlung von Hot Spots.

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