Neue Technologie zur Wärmereduktion in Chips

Der Trend zu immer kleineren Chips ist unaufhaltbar, allerdings bereitet er der Chip-Industrie durch die steigende Wärmeentwicklung immer größeres Kopfzerbrechen. Denn die immer höheren Temperaturen in den Chips führen sehr häufig zu einem merklichen Leistungsabfall bei den Transistoren und Verdrahtungen. Ab einer Temperatur von etwa 40 Grad Celsius kommt es im Inneren von LSI-Chips zu einer Verzehnfachung der Kriechströme, wodurch sich die Lebensdauer von Transistoren und Verdrahtungen nahezu halbiert.

Als Konsequenz hat sich das Augenmerk immer stärker auf eine Verbesserung der Temperaturregelung von LSI-Bausteinen gerichtet. Dies kann allerdings nur erreicht werden, wenn Chips mit einer hohen Anzahl von Wärmesensoren bestückt werden, die Temperaturmessungen in Echtzeit ermöglichen. Herkömmliche Wärmesensoren sind jedoch groß und sperrig, sodass nur wenige von ihnen auf einen Chip passen. Dies führt dazu, dass ihre Zuverlässigkeit und Messgenauigkeit bislang sehr zu wünschen übrig ließ.

Hitzefrei für Chips

Mit der neuen Technologie von NEC kommen Hunderte von Wärmesensoren mit nur 1/10 der Größe bisheriger Sensoren zum Einsatz. Sie sind über die gesamte Fläche im Inneren des LSI-Bausteins verteilt und wandeln Temperaturveränderungen in digitale Signale um, sodass die Wärmeverteilung des Bausteins in Echtzeit grafisch darstellbar wird. Dank ihres hohen Miniaturisierungsgrades können die Wärmesensoren auf einen Großteil der LSI-Fläche verteilt werden, was die Genauigkeit der Messungen erhöht.

Durch diese Entwicklung zur grafischen Darstellung der Wärmeverteilung können nun lokal gezielt Maßnahmen ergriffen werden, um die Wärmeentwicklung in bestimmten Bereichen von LSI-Chips zu steuern. Dadurch können Aufgaben auf weniger aktive Bereiche des Chips ausgelagert werden, sodass der Gesamtstrombedarf reduziert und die Umwelt geschont wird. Der Einsatz der NEC-Technologie in Chip-Bausteinen und Mikroprozessoren führt damit zu einer Optimierung der Taktfrequenz, der Datenverarbeitung und der Spannungspegel. Im Ergebnis lässt sich der Stromverbrauch bei LSI-Bausteinen um 20 - 50 % senken.

Die Technologie zur grafischen Darstellung der Wärmeverteilung bei LSI-Chips ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Entwicklung von so genannten "Data Center on Chip". So profitieren moderne Data Center schon heute von einer stark optimierten Temperaturregelung, da die Wärmeverteilung im Center rund um die Uhr in Echtzeit überwacht wird. Damit können Maschinen mit starker Wärmeentwicklung intensiv belüftet und spezifische Operationen gezielt an gesonderte Server übergeben werden.

Mit der neuen Technologie von NEC sollen LSI-Chips künftig in die Lage versetzt, ganz ähnliche Funktionen im Bereich Temperaturregelung wie heutige Data Center zu übernehmen. Profitieren wird davon die gesamte Chip-Industrie, seien es nun Chips, die in Computern und Servern, Fahrzeugen, digitalen Audio- und Videogeräten oder in Netzwerken zum Einsatz kommen. 

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