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早在2012年6月，美國國防預(yù)研計劃局（DARPA，翻譯里面還是要突出“預(yù)研”的）就發(fā)布了一份關(guān)于ICECool項目第一階段的廣泛機構(gòu)公告(DARPA-BAA-12-50)，當(dāng)時稱為“芯片內(nèi)/芯片間增強冷卻”ICECool基礎(chǔ)，旨在為軍用電子設(shè)備探索革命性熱管理技術(shù)，幫助設(shè)計師大幅削減電子產(chǎn)品的大小、重量和功耗(SWAP)。
僅僅半年后，DARPA在2013年2月7日于弗吉尼亞州阿靈頓向行業(yè)發(fā)布關(guān)于ICECool項目第二階段的詳細(xì)信息。這次發(fā)布會重點關(guān)注ICECool應(yīng)用，還包括ICECool的視頻演示（現(xiàn)在居然找不到這個視頻了）。在這場發(fā)布會上，DARPA表示ICECool應(yīng)用項目的目標(biāo)是加強國防電子設(shè)備性能，使RF MMIC和高性能嵌入式計算板的熱流密度達(dá)到1千瓦/平方厘米，熱能密度達(dá)到1千瓦/立方厘米?？傮w來說，該項目旨在將芯片內(nèi)/芯片間微流體冷卻技術(shù)和芯片上熱傳導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用到RF MMIC和功能強大的嵌入式計算板。
從本質(zhì)上講，DARPA視冷卻技術(shù)與其他芯片設(shè)計技術(shù)同等重要，使用嵌入式熱管理可以提高軍用電子設(shè)備的性能。DARPA表示，在芯片集成對流或微流體冷卻技術(shù)非常有潛力，可以加快先進(jìn)芯片集成的技術(shù)革新。 而就在上周的三八國際婦女節(jié)，洛克希德·馬丁公司就宣布其在國防預(yù)研計劃局（DARPA）ICECool項目的支持下，研制出了微流體散熱片，尺寸僅為250微米厚、5毫米長和2.5毫米寬，所含冷卻水量不足一滴，但已足夠冷卻最熱的電路芯片，這將有望提高電子、雷達(dá)以及激光器的功率和性能。 洛·馬公司的微冷卻器被設(shè)計為可集成到最緊湊的電子系統(tǒng)。它只有250微米厚，5毫米長，2.5毫米寬。 當(dāng)今最先進(jìn)的各種系統(tǒng)由數(shù)以千計的電子元件構(gòu)成，如果沒有創(chuàng)新的冷卻技術(shù)，這些系統(tǒng)就會由于散熱問題而無法正常工作。洛克希德·馬丁公司正在與DARPA的微系統(tǒng)技術(shù)辦公室（MTO）就其IceCool應(yīng)用的研究項目展開合作，這項研究可能最終實現(xiàn)一種更輕便、更快速并且更便宜的方式來冷卻高功率的微芯片，即利用通過利用細(xì)微的水滴來冷卻芯片。該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于電子作戰(zhàn)、雷達(dá)、高性能計算機和數(shù)據(jù)服務(wù)器。
洛克希德·馬丁公司的工程師組成的核心團(tuán)隊正在開發(fā)一種能夠滿足IceCool項目目標(biāo)的產(chǎn)品，能夠提升射頻（RF）MMIC功率放大器以及嵌入式高性能計算系統(tǒng)的性能，通過芯片級的散熱性能和高性能嵌入式計算系統(tǒng)技術(shù)。洛·馬公司實驗證明其微流體冷卻方法將可以減少四倍的熱阻和相比于常規(guī)冷卻技術(shù)六倍的冷卻效果，可提高RF輸出功率的有效性。
使用當(dāng)前的技術(shù)，我們可以投入微芯片功率是有限的，其中一個最大的挑戰(zhàn)就是散熱問題。如果可以有效控制散熱，就可以使用較少的芯片實現(xiàn)相同的功能，這意味著采用更少的材料，即節(jié)省成本，并減少系統(tǒng)的尺寸和重量。或者使用相同的芯片數(shù)量，如果能夠有效控制散熱問題，就可以使得系統(tǒng)獲得更高的性能。
IceCool項目的第一階段，洛·馬公司驗證了嵌入式微流體冷卻方法的有效性。芯片平均散熱能力達(dá)到1KW/cm2，多個局部熱點的散熱能力達(dá)到30KW/cm2，大約是常規(guī)芯片所產(chǎn)生熱量密度的4~5倍。 IceCool芯片內(nèi)處理的設(shè)計概念 該項目的第二階段，團(tuán)隊已經(jīng)將重點轉(zhuǎn)移到冷卻高功率的RF放大器，來驗證通過改善散熱控制能夠有效提升性能。利用IceCool的技術(shù)，團(tuán)隊證實了，能夠使一個給定的RF在輸出功率增加6倍的情況下，依然能夠保持比傳統(tǒng)冷卻的相同器件的溫度還要低。 IceCool芯片間處理的概念 在其不斷努力以從實驗室轉(zhuǎn)移該技術(shù)到應(yīng)用領(lǐng)域，洛克希德·馬丁公司正在開發(fā)一個功能齊全的、微流冷卻的、發(fā)射天線原型，以增加該技術(shù)的可讀指數(shù)（TRL）。這將為未來電子系統(tǒng)的可能性插件打下基礎(chǔ)。 洛·馬公司的這張圖片標(biāo)語很有意思：“發(fā)熱的電子？只需要加水：）” 洛克希德·馬丁公司正在與Qorvo合作，嘗試將其技術(shù)與Qorvo的高性能氮化鎵處理器進(jìn)行整合，這將有助于通過消除目前散熱對氮化鎵半導(dǎo)體性能的影響。洛克希德·馬丁公司的技術(shù)也適用于其他一些應(yīng)用，如現(xiàn)有砷化鎵（GaAs）和未來的金剛石基氮化鎵（GaN）器件應(yīng)用。
洛克希德·馬丁公司的IceCool嵌入式散射管理辦法可以通過消除熱屏障來控制GaN的全RF功率處理能力。除了可以給氮化鎵功率放大器的應(yīng)用帶來革命性改進(jìn)，這一技術(shù)可應(yīng)用于任何高熱流密度的集成電路，包括信號處理和高性能計算。感謝編譯述評：中國電科 陳志宏 工信部電子情報所 唐旖濃：） 轉(zhuǎn)載請注明出處：“電科防務(wù)研究”微信公眾號（CETC-ETDR） |
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