Микроканалы с кипящей водой: прорыв в охлаждении электроники увеличил эффективность в 6 раз

Учёные разработали микроскопическую систему охлаждения для электроники, которая превосходит существующие аналоги в 6 раз. Её ключевая особенность — тончайшая сеть каналов, где вода закипает и забирает тепло от процессоров. Это решение может решить проблему перегрева в мощных компьютерах, серверах и компактной электронике, где традиционные кулеры уже не справляются.

Принцип работы напоминает миниатюрную систему орошения: жидкость равномерно распределяется по каналам с помощью специальных «распределителей» — манифольдов. При нагреве чипа вода в каналах вскипает, превращаясь в пар, что резко увеличивает эффективность отвода тепла. Инженеры сравнили два типа распределителей — сужающиеся и прямые. Оказалось, что сужающиеся стабилизируют температуру поверхности чипа на 15% лучше за счёт более равномерного распределения потока, хотя общая эффективность охлаждения у обоих типов схожа.

Главное достижение — коэффициент полезного действия системы, достигший 105, что в 6 раз выше, чем у лучших существующих решений. Такой результат стал возможен благодаря оптимизации формы микроканалов и добавлению микроскопических столбиков на их входе, которые ускоряют образование пузырьков пара. Система выдерживает тепловую нагрузку до 1063 Вт на квадратный сантиметр.

Эксперименты подтвердили, что разработка потребляет минимальное количество энергии для прокачки жидкости — ключевой параметр для мобильных устройств и центров обработки данных. Например, в дата-центрах такие системы могли бы сократить энергозатраты на охлаждение на 40%, учитывая, что сейчас на это уходит до трети всего электричества.

Технология уже прошла тестирование в лабораторных условиях с использованием кремниевых чипов, изготовленных методом глубокого травления. Следующий шаг — адаптация для реальных устройств: от компактных установок до мощных серверов для искусственного интеллекта.