液体“嵌入式”热管理方案
佛罗里达威尔士湖 -美国国防部高级研究计划署 (DARPA)与IBM、乔治亚理工学院 (Georgia Institute of Technology) 在“芯片内/芯片间强化散热”(ICECool)项目支持下，开发出一种基于电绝缘制冷剂散热解决方案，替代原有基于水的冷却方案，解决了芯片堆叠的散热问题。
根据IBM Thomas J. Watson研究中心首席研究员Tim Chainer表示，这种方法能通过片上微流体通道实现制冷剂流动，有效降低超级电脑CPU的散热问题和成本。
电绝缘制冷剂可在每个裸片之间流动，带走3D芯片堆叠内部的热量，从而可最大限度增加芯片的堆叠厚度。
DARPA的ICECool项目在基板、芯片或封装内部采用微流体通道冷却，以期通过“嵌入式”热管理方式克服远端冷却的局限。
（来源：DARPA）
对比结果显示，采用ICECool技术可降低25°C [44°F] 的节点温度，节省7%的功耗，并且可让冷却架构也更简单。提升3D芯片堆叠高度，以克服摩尔定律下的尺寸限制。
传统空冷使用冷空气和散热片（上部），事实冷却证明效果不如水冷却（中间），而DARPA的ICECool项目所开发的基于电制冷剂绝缘制冷剂散热方案（底部），可进一步缩减尺寸与成本。
（来源：IBM）
Tim Chainer指出，基于电绝缘制冷剂散热方案的3D芯片堆叠可以克服摩尔定律的尺寸限制。
采用电绝缘制冷剂冷却的芯片，制冷剂从间隔100微米通道流过，流过液态制冷剂吸收堆叠中热量从液相转换为气相。由于制冷剂是电绝缘流体，可让裸金属在硅通孔中布置，避免水工作流体可带来电短路缺陷。
（来源：IBM）
如上图所示的数据中心现有水冷系统，与ICECool计划所开发的基于电绝缘制冷剂散热系统综合考虑，有可能进一步简化制冷设备（右上）和冷却塔（左上）。（来源：IBM）
芯片新型微通道绝缘冷却技术
普渡大学研究人员完成了一项DARPA资助下的冷却技术研究，研究人员成功地在一平方厘米内冷却了1 kW的热量，这一指标比常规高性能计算机高出10倍以上。
解决方案是直接在芯片硅衬底上刻蚀出微通道，并利用特殊“分级”歧管，向微通道中均匀注入HFE-7100电绝缘液体冷却剂，这项技术可以让DARPA冷却超级计算机和雷达电子产品，同时在消费市场上也具有令人兴奋的前景。
微通道冷却并不是一个全新的想法，但是在这种情况下，突破是使用短路和窄通道（宽度只有10微米）并行流过芯片。它们连接到研究人员称之为“分层歧管”的装置，分配通过通道的冷却剂流。微通道比其宽20倍，HFE-7100冷却剂通过微通道沸腾，它迅速从芯片中除去热量。
常规的芯片冷却方法使采用散热器金属板，将其连接在芯片顶部引出热量实现散热。因此当多芯片堆叠时，底部芯片产生的热量就无法有效排除，只能牺牲功率运行；无法排除的热量甚至还会损坏芯片内部电路。
该系统结构为分层式多通道微通道散热器阵列，可实现极高的传热速率。具体来说，是直接在芯片硅衬底上刻蚀出宽度15微米、深度300微米的微通道，并利用特殊“分级”歧管，向微通道中均匀注入液体冷却剂。因此，液体冷却剂直接嵌入芯片堆栈内，直接参与芯片热流循环，芯片工作时，液体冷却剂以沸腾形式带走热量，实现冷却。
系统采用的HFE-7100商业冷却剂，为电绝缘流体，不会在电子设备中引起短路。当流体在热源上循环时，它在微通道内部沸腾。与液体加热到沸点以下相比，让液体沸腾大大增加了传递的热量。此外，在芯片衬底刻蚀微通道的方式，既可减少由于接触和导电电阻引起的寄生热阻，还将芯片表面分割成具有高纵横比微通道的多个较小的散热元件，确保液体冷却剂的有效流动长度。
