칩의 열적 문제

반도체가 소비하는 전력은 열을 발생시키며, 이를 장비에서 제거해야 하지만 이를 효과적으로 달성하는 방법은 점점 더 어려워지고 있습니다. 트랜지스터의 밀도가 증가함에 따라 이는 더욱 어려워집니다.

재료와 디자인 자체는 방열 장비의 전도를 통해 더 많은 열을 방출할 수 있으므로 개선의 여지가 있습니다. 문제는 대형 서버를 사용하지 않는 한 이러한 장치 주변의 열 공간이 매우 작다는 것입니다. 재료 개선, 칩, 패키징 또는 PCB 주변의 열 공간의 지능적인 활용을 고려해야 합니다. 실제로 원하는 것은 전도성과 열 전달 속도를 향상시키는 것입니다.

열은 패키지 상단을 통해 빠져나가 방열판으로 들어가거나 하단 및 연결된 PCB를 통해 배출될 수 있습니다. 공간이 제한되면 상황은 더욱 어려워집니다. 특정 설계에 따라 이 목표는 다양한 방식으로 달성될 수 있습니다. 예를 들어, 스마트폰에서는 시스템 부피가 가장 작고 효과적인 열 방출로 인해 흑연이나 그래핀 필름과 같은 전도성이 높은 필름을 사용하는 것이 매우 일반적입니다. 인프라 분야에서는 능동형 및 수동형 3D 담금판을 사용하면 수백 와트 범위 내에서 작동할 수 있습니다.

단일 칩에서 넷리스트 수준에서 타이밍 및 전력 검증을 수행합니다. 3D-IC의 맥락에서 이는 실용적이지 않을 수 있으므로 칩에 존재하는 모든 기하학적 세부 사항을 이해하기 위해 열 모델을 통해 칩의 저항 특성을 파악해야 합니다. 궁극적으로 디자인과 패키징을 결합하여 일부 칩 모델이 이런 방식으로 생성됩니다.

많은 칩이 열 장벽에 직면해 있으며 이 문제를 해결하는 것은 쉽지 않습니다. 우리는 놀라운 칩을 설계하고 제조할 수 있지만 녹아버릴 것입니다. 이는 제조 제한도 아니고 설계 제한도 아닙니다. 이는 물리적인 한계로 인해 더 이상 열을 방출할 수 없습니다. 특정 응용 분야에서는 고유한 솔루션을 사용할 수 있지만 대부분의 시장에서는 더 적은 리소스로 더 많은 작업을 수행할 수 있는 방법을 찾아야 합니다. 이는 와트당 더 많은 기능을 의미합니다. 이와 관련된 비용은 이전 솔루션보다 훨씬 큽니다.