Onderzoekers koelen FPGA door water door chip te pompen

Onderzoekers van de Amerikaanse universiteit Georgia Tech zijn erin geslaagd minuscule kanalen aan te brengen in de achterzijde van een een field-programmable gate array (FPGA), waardoor koelwater zeer dicht langs de warmtebron kan worden gepompt. Hiermee kunnen zij een FPGA die met traditionele luchtkoeling op 60 graden Celsius zou opereren laten koelen tot 24 graden Celsius.

De onderzoekers hebben vloeistofkanalen aangebracht in de achterzijde van een 28 nanometer FPGA van Intera. In deze kanalen zijn silicone cilinders geplaatst met een diameter van ongeveer 100 microns. Over de kanalen is vervolgens een laag siliconen gelegd, waarin aansluitingen voor de waterleidingen zijn aangebracht.

Zeer dicht bij de bron koelen

Door deze vloeistofkanalen wordt water van 20 graden Celsius gepompt, dat dankzij de kanalen zeer dicht bij de warmtebron kan komen. Het water stroomt op slechts enkele honderden microns (micrometers) afstand van de transistors. Dit maakt het mogelijk warmte efficiënter af te voeren dan met traditionele koeltechnieken.

Waterkoeling is uiteraard niet nieuw. Traditioneel wordt hierbij water langs de buitenzijde van de chip gepompt om warmte af te voeren. Dit werkt minder efficiënt dan de methode die Georgie Tech heeft ontwikkeld. Daarnaast kunnen chips door water rechtstreeks langs de bron van de warmte te pompen kleiner worden gemaakt en is het in theorie mogelijk meerdere chips op elkaar te stapelen zonder dat deze oververhit raken.

Waarom FPGA?

De onderzoekers hebben voor een FPGA gekozen aangezien hiervoor een platform beschikbaar is om verschillende circuitontwerpen te testen. Daarnaast worden FPGA’s in veel marktsegmenten gebruikt, waardoor de nieuwe techniek van Georgie Tech breed ingezet kan worden. De onderzoekers zeggen dat de technologie ook kan worden toegepast op CPU’s en GPU’s.