Futuros chips de inteligência artificial podem exigir sistemas de refrigeração integrados ao próprio encapsulamento. A TSMC está trabalhando com microcanais por onde o líquido refrigerante circula mais próximo do silício, uma solução pensada para lidar com pacotes que, segundo projeções apresentadas pela empresa, podem chegar a aproximadamente 4.100 W de potência até 2029.
A tecnologia foi discutida por James Chen, diretor de P&D de Advanced Packaging da TSMC, durante a SEMICON Taiwan 2026. Segundo os dados apresentados, o aumento da capacidade dos aceleradores de IA deve tornar tanto a alimentação elétrica quanto a remoção de calor obstáculos cada vez maiores para as próximas gerações de hardware.
Pacotes de IA podem passar de 600 W para 4.100 W
A projeção da TSMC mostra uma mudança expressiva entre 2024 e 2029. O tamanho dos encapsulamentos CoWoS pode passar de cerca de 3,3 vezes para mais de 14 vezes a área de um retículo.
No mesmo intervalo, a quantidade de transistores destinados à computação dentro de um pacote pode crescer aproximadamente 48 vezes. A largura de banda total da memória HBM, por sua vez, poderia aumentar mais de 34 vezes.
Esse crescimento tem um custo térmico. A potência estimada do pacote sobe de aproximadamente 600 W para 4.100 W, enquanto as perdas associadas à distribuição de energia também aumentam substancialmente.
Microcanais aproximam o líquido do chip
Nos sistemas atuais de refrigeração líquida, normalmente existe uma cold plate sobre o encapsulamento. Entre a fonte de calor e o líquido ficam diferentes camadas, incluindo materiais de interface térmica, que acrescentam resistência à transferência de calor.
Uma das próximas etapas estudadas pela TSMC é integrar pequenos canais diretamente à tampa do encapsulamento. O líquido poderia circular por essas estruturas, reduzindo a distância que o calor precisa percorrer até chegar ao refrigerante.
A direção de longo prazo é ainda mais agressiva: diminuir ou eliminar algumas dessas interfaces e aproximar a refrigeração do próprio chip. Microcanais incorporados ao encapsulamento ou ao silício são uma das tecnologias investigadas para isso.
A abordagem, entretanto, torna a fabricação mais delicada. Criar caminhos para líquido tão próximos de componentes caros exige controle rigoroso de materiais, vedação e processo de fabricação, já que uma falha pode inutilizar todo o conjunto.
TSMC também pesquisa refrigeração por jatos e ebulição
Os microcanais não são a única alternativa em estudo. A indústria também avalia sistemas de jet impingement, nos quais jatos de líquido são direcionados contra superfícies quentes, além de soluções de duas fases, que aproveitam a mudança do líquido para vapor para remover grandes quantidades de calor.
A TSMC afirma ainda estar trabalhando de forma conjunta em materiais, empacotamento e projeto dos chips para reduzir a resistência térmica em aproximadamente 40%. Isso exige considerar pontos de maior geração de calor e estrutura do encapsulamento já nas primeiras etapas do projeto.
Por enquanto, os microcanais fazem parte do trabalho de pesquisa e desenvolvimento da empresa. A TSMC não anunciou uma geração comercial específica que utilizará essa abordagem nem uma data para sua adoção em produtos fabricados para clientes.
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