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米IBM研究所は5日（スイス時間）、独Fraunhofer Instituteと共同でスタックの各層の間に直接水を通す3Dチップ冷却システムの試作品を発表した。
今回の試作品で使われた、シリコンウエハー上にチップやメモリデバイスを並べたものを重ね合わせた3Dチップスタックは、ムーアの法則で予想されている限界を超えたパフォーマンスを得られる手法のひとつだとされている。厚さ1ミリ、4平方センチの3Dチップスタックからは、ホットプレートの10倍となる約1キロワットもの排熱があり、各層の間に排熱層が必要となる。
Brunschwiler氏が率いるチームでは、各層の間に人間の髪の毛ほどの薄さとなる50ミクロンほどの冷却システムに水を通して効率的に排熱を行った結果、一般的な4平方センチメートルのスタックにおいて、180W/平方センチの冷却性能を実現した。同実験では、2つのダイと熱源の間に冷却層を挟んだ1センチ四方のテストモジュールを使用した。冷却層は、高さ100ミクロンで1センチ四方あたり1万もの垂直内部接続が含まれている。
ひとつの層から次の層へ信号を伝達するための穴を開ける工程とエッチングする工程をのぞいて、各層の製造は既存の技術で実現された。回路を絶縁するために各回路はシリコン被膜された上、水に触れないように酸化ケイ素の層で覆われる。これらの構造は、現行チップの回路やメタライゼーションの10倍正確とされる、10ミクロンで正確に製造される。
今後は、この冷却システムをさらに小さいチップや内部接続が多いチップにも適用できるよう研究を進めるとしている。
米IBMと独Fraunhofer、高い冷却性能を持つチップ水冷システムの試作品を開発
2008年6月6日(金) 16時53分
3Dチップ冷却システム 図解
《富永ジュン》
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