Convection cooling for multi-core processors : design and simulation

Today the biggest limitation for the performance of microprocessors is given by the thermal stress produce by the high power density of the state of the art cores. The cooling solution proposed I this thesis is to inject a cooling fluid directly in the bulk (non-active) silicon of the silicon die. A model to simulate this system has been established along with a design approach that allow to estimate the adequate type of fluid that is needed. Considerations on the possible hydrodynamic circuit are presented. Then an analysis of three possible fluid candidates is presented: water, mercury and gallium. It performance is then evaluated through the use of simulations. And finally a control strategy is presented in order to finalize the feasibility study of the system.

La modalitá di raffreddamento suggerita in questa tesi consiste nell'inserire un fluido di raffredamento all' interno del cubo di silicio dei chip. Si é costruito un modello di simulazione e un processo di disegno basato sulla teoria che consente di fare stimazioni sul performance del fluido. Alcuni appunti sul circuito idraulico sono discussi per provare la facilità di eseguire il progetto. Si analizzano tre possibili fluidi: il mercurio, al gallio e l'aqua. Si sceglie tra i tre fluidi il piú addatto con l'aiuto delle simulazioni. Finalmente si presenta un piccola strategia di controllo per dimostrare che il proggetto e infatti fatibile.