Mikrofluidik: Microsoft vermeldet „Durchbruch“ bei direkter Chip-Kühlung

Microsoft will einen Durchbruch bei der direkten Chip-Kühlung auf dem Gebiet der Mikrofluidik erzielt haben. Durch das Einätzen mikroskopisch kleiner Kanäle direkt in respektive auf den Silizium-Chip soll die Kühlleistung bis zu dreimal höher ausfallen.

Gekühlt wird „auf dem im Chip“

Nein, unsichtbar durch den Chip verlaufen die Kühlkanäle noch nicht, auch wenn es in der Pressemitteilung an mancher Stelle so klingt. Stattdessen hat Microsoft die Flüssigkeit führenden Kanäle in die Rückseite des Chips geätzt – „im Chip“ sind sie also schon, wenn auch nur an der Oberfläche kratzend.

Wo die Kanäle mit einem Durchmesser wie ein menschliches Haar optimalerweise verlaufen, will Microsoft dabei mit KI auf Basis des spezifischen Chips ermittelt haben: Sie ähneln am Ende dem Verlauf der wasserführenden Gefäße in einem Blatt.

It uses microfluidics, an approach that brings liquid coolant directly inside the silicon – where the heat is. Tiny channels are etched directly on the back of the silicon chip, creating grooves that allow cooling liquid to flow directly onto the chip and more efficiently remove heat. The team also used AI to identify the unique heat signatures on a chip and direct the coolant with more precision.

Auch die Motivation hinter der Forschung ist AI: HPC-Beschleuniger für das Rechenzentrum verbrauchen heutzutage über 1.000 Watt pro GPU. Das kann über klassische aufgesetzte Wasserkühler zwar weiterhin gekühlt werden, weil auch die Chips deutlich gewachsen sind. Doch diesem Wachstum sind Grenzen gesetzt: durch die Belichtung und das Reticle-Limit. Viel größer können GPUs nicht mehr werden. Danach hilft nur noch die Skalierung über mehrere GPUs.

Um bei immer langsameren Fertigungsfortschritten immer mehr Leistung auf gleicher Fläche zu erreichen, muss daher auch der Flächenstromverbrauch weiter steigen. In fünf Jahren, so Microsoft, stößt die klassische Kühlung über Coldplates (Kühlkörper) an ihre Grenzen.

Bis zur Serienreife noch viel zu tun

Bis die Technologie serienreif ist, dürfte allerdings noch einige Zeit vergehen. Microsoft habe mit der aktuellen Ankündigung in erster Linie zum Ziel gehabt zu zeigen, dass es geht um die Entwicklung in diese Richtung zu treiben. Für die Großserie gelte es eine ganze Reihe an Voraussetzungen zu schaffen:

• Ein Chip-Package, das dauerhaft dicht ist
• Die optimale Kühlflüssigkeit
• Die beste Methode für das Einätzen
• Die Integration des Ätzens in den Fertigungsprozess

Dass Microsoft in Zukunft bei den eigenen Chips auf die direkte Kühlung setzen wird, scheint gesetzt: „Wir wollen, dass alle das machen, nicht nur wir,“ erklärt der Konzern zum Ende der Pressemitteilung.

We want microfluidics to become something everybody does, not just something we do.