DE112011102577T5 - Integrated circuit module with electrochemical power supply - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein integriertes Schaltungsmodul (10c). Das Modul weist eine Schichtstruktur auf, bei der ICs und Elektroden (17) in elektrischer Verbindung mit einer Schicht (16) der Schichtstruktur angeordnet sind. Das Modul weist des Weiteren einen oder mehrere Flüssigkeitskreislaufabschnitte (19) auf, die jeweils dazu bestimmt sind, eine jeweilige Elektrolytlösung (oder zwei verschiedene Lösungen, siehe den unten beschriebenen Doppelstrom-Redoxmodus) aufzunehmen. Jede verwendete Lösung weist lösliche elektroaktive Spezies auf. Ein Flüssigkeitsabschnitt ist dazu konzipiert, eine Elektrolytlösung aufzunehmen und ihr zu ermöglichen, mit entsprechenden Elektroden in Kontakt zu treten, um die ICs im Betrieb mit Leistung zu versorgen. Da Elektroden in das Modul integriert sind, kann elektrische Leistung in die Nähe der ICs geführt werden, wodurch der Wirkungsgrad der Leistungsversorgung erhöht wird. Da eine Flüssigkeit in-situ verwendet wird, kann schließlich eine geeignete Wärmeableitung in Betracht gezogen werden, wobei darauf hingewiesen wird, dass eine elektrische Leistungsversorgung und eine Wärmeableitung einander entsprechen.The invention particularly relates to an integrated circuit module (10c). The module has a layer structure in which ICs and electrodes (17) are arranged in electrical connection with a layer (16) of the layer structure. The module further includes one or more fluid circuit sections (19), each for receiving a respective electrolyte solution (or two different solutions, see the double-current redox mode described below). Each solution used has soluble electroactive species. A liquid section is designed to receive an electrolyte solution and allow it to contact appropriate electrodes to power the ICs during operation. Since electrodes are integrated into the module, electrical power can be brought close to the ICs, thereby increasing the efficiency of the power supply. Finally, since a liquid is used in-situ, appropriate heat dissipation may be considered, it being understood that electric power supply and heat dissipation correspond to each other.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung bezieht sich auf integrierte Schaltungsmodule mit elektrochemischer Leistungsversorgung, wie sie z. B. in Computersystemen wie beispielsweise einem Rechenzentrum bereitgestellt werden. Insbesondere bezieht sie sich auf ein integriertes Schaltungsmodul, das über Elektrolytlösungen mit löslichen elektroaktiven Spezies mit Leistung versorgt wird, um z. B. integrierte Schaltungen des Moduls mit Leistung zu versorgen. In Übereinstimmung damit betrifft die Erfindung des Weiteren ein Computersystem, das mit solchen Schaltungsmodulen ausgestattet ist, und ein Verfahren zum Betreiben desselben.The invention relates to integrated circuit modules with electrochemical power supply, as z. In computer systems such as a data center. In particular, it relates to an integrated circuit module which is powered by electrolyte solutions with soluble electroactive species to provide e.g. B. to power integrated circuits of the module with power. In accordance therewith, the invention further relates to a computer system equipped with such circuit modules and a method of operating the same.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Die Erhöhung der Integrationsdichte in planaren integrierten Schaltungen (integrated circuits, ICs) führt zu einer Verringerung von Strukturgrößen und zu einer dichteren Packung von Komponenten. Wenngleich die Schaltgeschwindigkeit von Transistoren von dieser Entwicklung profitiert, steigt die Verzögerungszeit aufgrund von Verdrahtungen auf dem Chip beträchtlich und begrenzt die Leistungsfähigkeit von ICs insgesamt.Increasing the integration density in planar integrated circuits (ICs) leads to a reduction of feature sizes and a denser packing of components. Although the switching speed of transistors benefits from this development, the delay time due to on-chip wiring significantly increases and limits the overall performance of ICs.
Bekanntlich verringert die dreidimensionale (3D-)Integration von ICs die Verdrahtungslänge erheblich, indem vertikale Pfade für die Signal- und Leistungsübertragung bereitgestellt werden. Die Stapelmethode ist hochgradig modular und ermöglicht die Integration unterschiedlicher Technologien in einem einzigen Kubus und stellt eine erhebliche Verbesserung der Bandbreite durch Stapeln von Cachespeicher auf Prozessoreinheiten bereit. Demgegenüber sind für die 3D-Integration eine höhere Leistung pro Flächeneinheit und Verbindungsstifte erforderlich. Ein weiteres Problem besteht in dem hohen Kühlungsbedarf pro Flächeneinheit. Siliciumdurchkontaktierungen (through-silicon vias, TSVs) sind ein bedeutender Aspekt der 3D-Integration; sie stellen eine vertikale Signal- und Leistungsübertragung bereit, verringern jedoch die aktive Siliciumoberfläche und führen zu übermäßiger Verdrahtung. Das Ausmaß vertikaler Integration wird durch die akkumulierte Leistungsdichte erheblich beschränkt, sodass mehr als zwei Schichten einer gestapelten Hochleistungslogik nicht leicht gekühlt werden können und nicht mit ausreichend Leistung versorgt werden können. Es sind skalierbare Lösungen zum Kühlen großer Anzahlen von gestapelten Prozessoren aufgezeigt worden. Es bleibt jedoch das Problem eines umsetzbaren Ansatzes für die Zufuhr von elektrischer Leistung bestehen. Allgemeiner ausgedrückt, Leistungsversorgung und Kühlung sind zwei Anliegen im Zusammenhang mit IC-Chips.As is known, the three-dimensional (3D) integration of ICs significantly reduces the wiring length by providing vertical paths for signal and power transmission. The stacking approach is highly modular, allowing for the integration of disparate technologies in a single cube, and provides significant bandwidth improvement by stacking caches on processor units. In contrast, higher power per unit area and connector pins are required for 3D integration. Another problem is the high cooling requirement per unit area. Through-silicon vias (TSVs) are an important aspect of 3D integration; they provide vertical signal and power transfer, but reduce the active silicon surface and result in excessive wiring. The amount of vertical integration is significantly limited by the accumulated power density, so that more than two layers of high performance stacked logic can not be cooled easily and can not be powered on enough power. Scalable solutions for cooling large numbers of stacked processors have been demonstrated. However, there remains the problem of a viable approach to the supply of electrical power. More generally, power supply and cooling are two concerns associated with IC chips.
Lösungen nach dem Stand der Technik beinhalten die folgenden:
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US20090092862 - –
„Microfabricated Fuel Cells to Power Integrated Circuits”, Christopher W. Moore, PhD Dissertation, Chemical Engineering, 2005, p. 210, Georgia Institute of Technology 2.9 , eine schematische Darstellung einer IC mit einer integrierten Mikrobrennstoffzelle. Dieser Entwurf zeigt, dass der Brennstoff durch Abwärme verdampft wird, ein Prozess, der auch dazu dient, die integrierte Schaltung zu kühlen.
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US20090092862 - -
"Microfabricated Fuel Cells to Power Integrated Circuits", Christopher W. Moore, PhD Dissertation, Chemical Engineering, 2005, p. 210, Georgia Institute of Technology 2.9 , A schematic representation of an IC with an integrated micro fuel cell. This design shows that the fuel is vaporized by waste heat, a process that also serves to cool the integrated circuit.
Es bleibt ein Bedarf bestehen, bekannte Lösungen zum Zuführen von elektrischer Leistung zu IC-Chips oder innerhalb der Chip-Stapel zu verbessern.There remains a need to improve known solutions for supplying electrical power to IC chips or within the chip stacks.
Sonstige Offenbarungen wie diejenigen von
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION
Gemäß einem ersten Aspekt hiervon stellt die vorliegende Erfindung ein integriertes Schaltungsmodul bereit, das aufweist: eine Schichtstruktur mit: Elektroden, die auf einer Schicht davon angeordnet sind; und integrierten Schaltungen, die mit den Elektroden in elektrischer Verbindung stehen, und einen oder mehrere Flüssigkeitskreislaufabschnitte, die jeweils dazu eingerichtet sind, zumindest eine jeweilige Elektrolytlösung mit löslichen elektroaktiven Spezies darin aufzunehmen und der Lösung zu ermöglichen, mit zumindest einigen der Elektroden in Kontakt zu treten, um die integrierten Schaltungen im Betrieb mit Leistung zu versorgen.According to a first aspect thereof, the present invention provides an integrated circuit module comprising: a laminated structure having: electrodes disposed on a layer thereof; and integrated circuits in electrical communication with the electrodes and one or more fluid circuit sections each configured to receive at least one respective electrolytic solution having soluble electroactive species therein and to allow the solution to contact at least some of the electrodes to power the integrated circuits during operation.
Bei Ausführungsformen kann das integrierte Schaltungsmodul eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – zumindest einer des einen oder der mehreren Flüssigkeitskreislaufabschnitte ist gemäß einer entsprechenden Elektrolytlösung konzipiert, um die integrierten Schaltungen im Betrieb erheblich abzukühlen;
- – zumindest einer des einen oder der mehreren Flüssigkeitskreislaufabschnitte ist dazu eingerichtet, einer entsprechenden Lösung zu ermöglichen, entlang einer Schicht der Schichtstruktur zu fließen;
- – zumindest einer des einen oder der mehreren Flüssigkeitskreislaufabschnitte ist dazu eingerichtet, einer entsprechenden Lösung zu ermöglichen, zwischen zwei Schichten der Schichtstruktur zu fließen, wobei es sich bei den beiden Schichten bevorzugt um zwei Schichten von integrierten Schaltungen handelt, die als 3D-Stapel von Schichten von integrierten Schaltungen angeordnet sind;
- – zumindest einige der Elektroden sind als Distanzstücke konzipiert, die Schichten der Schichtstruktur einschränken;
- – zumindest einige der Elektroden sind auf einer Seite einer Schicht der Schichtstruktur angeordnet, wobei einer Lösung durch den zumindest einen des einen oder der mehreren Flüssigkeitskreislaufabschnitte ermöglicht wird, entlang dieser Seite zu fließen;
- – zumindest einige der Elektroden sind auf jeder der beiden Schichten angeordnet, zwischen denen einer Elektrolytlösung eines entsprechenden des einen oder der mehreren Flüssigkeitskreislaufabschnitte zu fließen ermöglicht wird;
- – Elektroden, die auf einer Seite einer der beiden Schichten angeordnet sind, weisen sowohl Kathoden als auch Anoden auf;
- – die Schichtstruktur weist auf: eine Leiterplatte; eine Substratverbindung; und einen integrierten Schaltungs-Chip, der zumindest einige der integrierten Schaltungen aufweist, und wobei zumindest einige der Elektroden und zumindest einer des einen oder der mehreren Flüssigkeitskreislaufabschnitte auf einer Seite von einem von: der Leiterplatte; der Substratverbindung; oder dem integrierten Schaltungs-Chip, angeordnet sind;
- – der eine oder die mehreren Flüssigkeitskreislaufabschnitte sind dazu eingerichtet, eine einzige Elektrolytlösung aufzunehmen, und wobei die Elektroden selektive Kathoden und Anoden aufweisen, wobei der eine oder die mehreren Flüssigkeitskreislaufabschnitte dazu eingerichtet sind, der einzigen Elektrolytlösung zu ermöglichen, mit den selektiven Kathoden und Anoden in Kontakt zu treten, wodurch ein Einzelstrom-Redoxsystem ausgebildet wird;
- – der eine oder die mehreren Flüssigkeitskreislaufabschnitte sind dazu eingerichtet: zwei Elektrolytlösungen aufzunehmen, und weisen bevorzugt eine Membran auf, die so angeordnet ist, dass sie die beiden Elektrolytlösungen in dem einen oder den mehreren Flüssigkeitskreislaufabschnitten trennt, und ermöglichen den beiden Elektrolytlösungen, mit jeweiligen Teilmengen der Elektroden in Kontakt zu treten, und eine der Teilmengen weist Kathoden auf, und eine weitere der Teilmengen weist Anoden auf, wodurch ein Doppelstrom-Redoxsystem ausgebildet wird;
- – der eine oder die mehreren Flüssigkeitskreislaufabschnitte sind jeweils mit einer entsprechenden Elektrolytlösung gefüllt, wobei: die jeweilige Elektrolytlösung ein Redoxpaar, das sowohl in seiner oxidierten Form als auch in seiner reduzierten Form löslich ist; ein Trägerelektrolyt, das bevorzugt keine Redoxprozesse in einem Potenzialbereich zeigt, der zum Zuführen von Leistung zu den integrierten Schaltungen verwendet wird; und Zusätze zum Einstellen eines Redoxpotenzials und/oder einer Umkehrbarkeit des Redoxpaars aufweist; und
- – die jeweiligen Elektrolytlösungen weisen auf: ein beliebiges der folgenden Redoxpaare oder ein Derivat davon: Fe2+/Fe3+, V2+/V3+, VO2+/VO2 +, Ce3+/Ce4+, Co2+/Co3+, Cr2+/Cr3+, Ti3+/TiOH3+, Cr3+/Cr2O7 2–, BH4 –/BO2, OH–/H2O2, Br–/Br3–, Mn2+/Mn3+, Ru2+/Ru3+; und einen Zusatz wie zum Beispiel Acetat, O-Phenanthrolin, Methylphenanthrolin, Dimethylphenanthrolin, Bipyridin, Ethylendiamin, und die jeweiligen Elektrolytlösungen weisen bevorzugt auf: ein beliebiges der folgenden Trägerelektrolyte: H2SO4, HCl, Na2SO4, NaCl, NaOH, K2SO4, KOH und Wasser als Lösungsmittel.
- At least one of the one or more fluid circuit sections is designed in accordance with a corresponding electrolyte solution to substantially cool the integrated circuits during operation;
- At least one of the one or more liquid circulation sections is adapted to allow a corresponding solution to flow along a layer of the layer structure;
- At least one of the one or more liquid circulation sections is adapted to enable a corresponding solution to flow between two layers of the layer structure, wherein the two layers are preferably two layers of integrated circuits, which are in the form of a 3D stack of layers arranged by integrated circuits;
- At least some of the electrodes are designed as spacers which limit layers of the layer structure;
- At least some of the electrodes are disposed on one side of a layer of the layer structure, a solution being allowed to flow along the side through the at least one of the one or more liquid circulation sections;
- At least some of the electrodes are disposed on each of the two layers, between which an electrolyte solution of a corresponding one of the one or more liquid circulation sections is allowed to flow;
- Electrodes arranged on one side of one of the two layers have both cathodes and anodes;
- The layer structure comprises: a printed circuit board; a substrate compound; and an integrated circuit chip comprising at least some of the integrated circuits, and wherein at least some of the electrodes and at least one of the one or more liquid circuit sections are on a side of one of: the circuit board; the substrate compound; or the integrated circuit chip;
- The one or more fluid circuit sections are adapted to receive a single electrolyte solution, and wherein the electrodes comprise selective cathodes and anodes, the one or more fluid circuit sections being adapted to allow the single electrolyte solution to communicate with the selective cathodes and anodes Contact, thereby forming a single-current redox system;
- The one or more liquid circulation sections are adapted to receive two electrolyte solutions, and preferably have a membrane arranged to separate the two electrolyte solutions in the one or more liquid circulation sections, and allow the two electrolyte solutions, with respective subsets contacting the electrodes, and one of the subsets has cathodes, and another of the subsets has anodes, thereby forming a double-current redox system;
- The one or more liquid circulation sections are each filled with a corresponding electrolyte solution, wherein: the respective electrolyte solution is a redox couple which is soluble both in its oxidized form and in its reduced form; a carrier electrolyte which preferably does not exhibit redox processes in a potential region used to supply power to the integrated circuits; and additives for adjusting a redox potential and / or a reversibility of the redox couple; and
- - the respective electrolyte solutions comprise: any of the following redox couples, or a derivative thereof: Fe 2+ / Fe 3+, V 2+ / V 3+, VO 2+ / VO 2+, Ce 3+ / Ce 4+, Co 2+ / Co 3+ , Cr 2+ / Cr 3+ , Ti 3+ / TiOH 3+ , Cr 3+ / Cr 2 O 7 2- , BH 4 - / BO 2 , OH - / H 2 O 2 , Br - / Br 3 , Mn 2+ / Mn 3+ , Ru 2+ / Ru 3+ ; and an additive such as acetate, O-phenanthroline, methylphenanthroline, dimethylphenanthroline, bipyridine, ethylenediamine, and the respective electrolyte solutions preferably comprise: any of the following support electrolytes: H 2 SO 4 , HCl, Na 2 SO 4 , NaCl, NaOH, K 2 SO 4 , KOH and water as solvent.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Erfindung als Computersystem verkörpert, das aufweist: zumindest ein integriertes Schaltungsmodul gemäß der Erfindung; und eine elektrochemische Leistungsversorgungseinheit, die mit einem oder mehreren Flüssigkeitskreislaufabschnitten des zumindest einen integrierten Schaltungsmoduls in Flüssigkeitsverbindung steht, wobei die elektrochemische Leistungsversorgungseinheit des Weiteren eine Konvektionseinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Konvektion einer oder mehrerer Elektrolytlösungen in den Flüssigkeitskreislaufabschnitten des zumindest einen integrierten Schaltungsmoduls gemäß einem Leistungsversorgungsbedarf davon im Betrieb zu regeln.In another aspect, the invention is embodied as a computer system comprising: at least one integrated circuit module according to the invention; and an electrochemical power supply unit in fluid communication with one or more fluid circuit sections of the at least one integrated circuit module, the electrochemical power supply unit further comprising a convection unit configured to convection one or more electrolyte solutions in the fluid circuit sections of the at least one integrated circuit module to regulate a power supply requirement thereof in the enterprise.
Gemäß einem abschließenden Aspekt wird die Erfindung als Verfahren zum Betreiben eines Computersystems verkörpert, das einen Schritt aufweist zum: Bereitstellen eines Computersystems, das ein integriertes Schaltungsmodul gemäß der Erfindung aufweist; wobei die integrierten Schaltungen mit Leistung versorgt werden, indem zumindest eine Elektrolytlösung in einem jeweiligen Flüssigkeitskreislaufabschnitt des zumindest einen integrierten Schaltungsmoduls gezwungen wird, mit zumindest einigen der Elektroden des zumindest einen integrierten Schaltungsmoduls in Kontakt zu treten.In a final aspect, the invention is embodied as a method of operating a computer system having a step of: providing a computer system having an integrated circuit module according to the invention; wherein the integrated circuits are powered by forcing at least one electrolyte solution in a respective liquid circulation section of the at least one integrated circuit module to contact at least some of the electrodes of the at least one integrated circuit module.
Verfahren, Einheiten und Systeme, die die vorliegende Erfindung verkörpern, werden nun mithilfe von nicht beschränkenden Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Methods, units and systems embodying the present invention will now be described by way of non-limitative example and with reference to the accompanying drawings.
KURZE BESCHREIBUNG VERSCHIEDENER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF VARIOUS VIEWS OF THE DRAWINGS
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Zur Einführung in die folgende Beschreibung wird zunächst auf einen allgemeinen Aspekt der Erfindung hingewiesen, der sich auf ein Modul von integrierten Schaltungen bezieht. Das Modul weist eine Schichtstruktur auf, bei der ICs und Elektroden in elektrischer Verbindung mit einer Schicht der Schichtstruktur angeordnet sind. Das Modul weist des Weiteren Abschnitte eines Flüssigkeitskreislaufs auf, die jeweils dazu bestimmt sind, eine jeweilige Elektrolytlösung (oder zwei verschiedene Lösungen, siehe den unten beschriebenen Doppelstrom-Redoxmodus) aufzunehmen. Jede verwendete Lösung weist lösliche elektroaktive Spezies auf. Ein Flüssigkeitsabschnitt ist dazu konzipiert, eine Elektrolytlösung aufzunehmen und ihr zu ermöglichen, mit entsprechenden Elektroden in Kontakt zu treten, beispielsweise um die ICs im Betrieb mit Leistung zu versorgen. Da Elektroden in das Modul integriert sind, kann elektrische Leistung in die Nähe der ICs geführt werden, wodurch der Wirkungsgrad der Leistungsversorgung erhöht wird. Darüber hinaus kann aufgrund der erzwungenen Konvektion der elektrochemischen Lösung, die mit den Elektroden in Kontakt tritt, eine hohe elektrische Leistungsdichte erzielt werden. Da eine Flüssigkeit in-situ verwendet wird, kann schließlich eine geeignete Wärmeableitung in Betracht gezogen werden, wobei darauf hingewiesen wird, dass eine elektrische Leistungsversorgung und eine Wärmeableitung einander entsprechen. In dieser Hinsicht können die Flüssigkeitskreisläufe in optimaler Weise so konzipiert werden, dass sie die ICs erheblich abkühlen. Auf diese Weise kann eine kombinierte Lösung erzielt werden, die gleichzeitig die Probleme der Versorgung mit elektrischer Leistung und der Kühlung löst.For introduction to the following description, reference is first made to a general aspect of the invention relating to a module of integrated circuits. The module has a layer structure in which ICs and electrodes are arranged in electrical connection with a layer of the layer structure. The module further includes portions of a fluid circuit each for receiving a respective electrolyte solution (or two different solutions, see the double-current redox mode described below). Each solution used has soluble electroactive species. A liquid section is designed to receive an electrolyte solution and allow it to contact corresponding electrodes, for example, to power the ICs during operation. Since electrodes are integrated into the module, electrical power can be brought close to the ICs, thereby increasing the efficiency of the power supply. Moreover, due to the forced convection of the electrochemical solution which contacts the electrodes, a high electric power density can be obtained. Finally, since a liquid is used in-situ, appropriate heat dissipation may be considered, it being understood that electric power supply and heat dissipation correspond to each other. In this regard, the liquid circuits can be optimally designed to significantly cool the ICs. In this way, a combined solution can be achieved, which simultaneously solves the problems of supplying electrical power and cooling.
Eine solche Lösung ist besonders gut für 3D-ICs geeignet, bei der eine Kühlung zwischen den Schichten und eine elektrochemische Leistungsversorgung kombiniert werden. Beispielsweise kann ein bifunktionelles Kühlmittel auf der Grundlage von Wasser mit elektroaktiven Redoxpaaren bereitgestellt werden, die in allen Phasen des Leistungsversorgungsprozesses löslich bleiben. Es sind wässrige Redoxpaare bekannt, die eine Potenzialdifferenz von z. B. 1 V zwischen den negativen und positiven Anschlüssen bereitstellen können. Eine Wärmeableitung mit Raten über 200 W/cm2 kann des Weiteren mithilfe einer erzwungenen konvektiven Zwischenschichtkühlung z. B. bei 3D-Siliciumstapeln mit Stiften erzielt werden.Such a solution is particularly well suited for 3D ICs combining inter-layer cooling and electrochemical power supply. For example, a bifunctional water-based coolant may be provided with electroactive redox couples that remain soluble in all phases of the power delivery process. There are known aqueous redox couples that have a potential difference of z. B. can provide 1 V between the negative and positive terminals. Heat removal at rates greater than 200 W / cm 2 can also be achieved by means of forced convective interlayer cooling, e.g. B. can be achieved with 3D silicon stacks with pins.
In ICs wird nahezu die gesamte elektrische Leistung in Wärme umgewandelt. Folglich entsprechen einander der Bedarf an örtlicher Kühlung und an Leistung, was eine kombinierte Kühlung und Leistungsversorgung begünstigt. Sowohl die Wärmeableitung als auch die Stromdichte, die durch einen Durchfluss eines elektroaktiven Kühlmittels (z. B. druckgesteuert) bereitgestellt werden, profitieren von einem optimierten konvektiven Massentransport und einer erhöhten Temperatur. Durch den vorliegenden Ansatz können wichtige Ressourcen freigegeben werden. Beispielsweise kann in einem 3D-Stapel die Anzahl von Siliciumdurchkontaktierungen (through-silicon-vias, TSVs), die der Leistungsversorgung zugewiesen sind (Leistungsdurchkontaktierungen), erheblich verringert werden, wodurch wertvolle Chip-Fläche freigegeben, übermäßige Verdrahtungen verringert und die Makro-Neugestaltung so weit wie möglich vermindert werden. Eine steigende Anzahl von Signaldurchkontaktierungen kann eingesetzt werden, wodurch die Datenaustausch-Bandbreite verbessert wird. Des Weiteren wird die leistungsbezogene Verdrahtung insgesamt vereinfacht, da nur eine Verdrahtung auf dem Chip erforderlich ist, wodurch Verbindungen über die Wafer-Ebene hinaus vermieden werden.In ICs, almost all electrical power is converted to heat. Consequently, the need for local cooling and power are the same, which favors combined cooling and powering. Both heat dissipation and current density provided by flow of electroactive coolant (eg, pressure controlled) benefit from optimized convective mass transport and elevated temperature. The present approach enables important resources to be released. For example, in a 3D stack, the number of through-silicon vias (TSVs) assigned to the power supply (power vias) can be significantly reduced, thereby freeing valuable chip area, reducing excessive wiring, and rendering the macro redesign be reduced as much as possible. An increasing number of signal via contacts can can be used, which improves the data exchange bandwidth. Furthermore, overall, the performance-related wiring is simplified because only one wiring on the chip is required, thereby avoiding connections beyond the wafer level.
Zudem lässt sich die obige Lösung zweckmäßig im Server-Betrieb, wie er in Rechenzentren verwendet wird, einsetzen, bei dem die Einbeziehung von Behältern für das elektroaktive Kühlmittel die Funktionalität einer unterbrechungsfreien Leistungsversorgung (uninterruptible power supply, UPS) bereitstellen kann. Die Unabhängigkeit kann durch Variieren der Größe der Behälter leicht angepasst werden. Durch Modifizieren eines vorhandenen UPS-Entwurfs, der Leistungsversorgung und der Spannungswandlung in Rechenzentren sind erhebliche Wirkungsgradverbesserungen möglich.In addition, the above solution may suitably be used in server operation as used in data centers, where inclusion of electroactive coolant containers may provide the functionality of an uninterruptible power supply (UPS). Independence can be easily adjusted by varying the size of the containers. By modifying an existing UPS design, power supply and voltage conversion in data centers, significant efficiency improvements are possible.
Ein weiterer Vorteil der elektrochemischen Leistungsversorgung ist die Beseitigung der Notwendigkeit von Entkopplungskondensatoren, wodurch weitere TSVs wie auch wertvoller Platz in den Prozessorstapeln freigegeben werden.Another advantage of the electrochemical power supply is the elimination of the need for decoupling capacitors, which releases more TSVs as well as valuable space in the processor stacks.
Sonstige Merkmale der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen von
- – eine Leiterplatte (oder PWB)
11 - –
eine Schicht 12 Lötkugeln; - –
eine Substratverbindung 13 ; - –
Lötkontaktierhügel 14 und eine Unterfüllschicht15 ; und - – den IC-
Chip 16 selbst.
- A printed circuit board (or PCB)
11 - - a
layer 12 solder balls; - A
substrate compound 13 ; - -
Lötkontaktierhügel 14 and anunderfill layer 15 ; and - - the
IC chip 16 even.
Solche Bestandteile sind per se bekannt. Elektrische Leistung wird der IC durch die Schichten, d. h. von der PWB
Es kann eine verbesserte elektrische Leistungsversorgung erreicht werden, wie in den folgenden Ausführungsformen veranschaulicht.An improved electrical power supply can be achieved as illustrated in the following embodiments.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf
Die Elektroden
Darüber hinaus wird ein Flüssigkeitskreislaufabschnitt
Die Verteilerleitung könnte zum Beispiel als Hohlraum in einem ersten Siliciumblock konzipiert sein und an einer oder mehreren Flächen davon (z. B. an einer Bodenfläche) offen sein. Flüssigkeitskreisläufe können als Nuten in einem solchen Siliciumblock bereitgestellt werden und z. B. an der oberen Fläche offen sein. Ansonsten können Verteilerleitungen üblicherweise aus Keramiken, Metallen oder harten Polymeren usw. hergestellt werden. Ein zweiter Siliciumblock kann mit dem ersten in Kontakt gebracht werden, um die offenen Nuten zu schließen. Anschließend wird der erste Block auf der Oberseite der Strukturschicht platziert, auf der die Elektroden angeordnet sind. Zahlreiche sonstige Realisierungstechniken sind möglich. Beispielsweise können Kanäle für die Flüssigkeitsverteilung in Metallwärmeableiter mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefräst werden, wobei die Wärmeableiter auf der Oberseite der IC-Module platziert werden können und die Elektroden von dem Wärmeableitermaterial durch eine Isolierschicht isoliert sind. Eine weitere Realisierung kann die Mikrobearbeitung von Silicium beinhalten, um mikrofluidische Kanäle bereitzustellen, wobei mögliche Anordnungen der Elektroden im Folgenden in
Um die Ausführungsform von
Die nächsten Figuren entsprechen sonstigen Ausführungsformen eines modifizierten integrierten Schaltungsmoduls
Beispielsweise stellt
Als Nächstes stellt
Einem Fachmann ist ersichtlich, dass bei den obigen Ausführungsformen (
Als Nächstes können sonstige Ausführungsformen in Betracht gezogen werden, wobei ein Flüssigkeitskreislaufabschnitt so gestaltet ist, dass er einer Elektrolytlösung ermöglicht, zwischen zwei Schichten der Schichtstruktur, z. B. zwei IC-Schichten in einem 3D-Stapel von ICs, zu fließen. Solche Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf
Es können verschiedene Varianten der obigen Ausführungsformen in Betracht gezogen werden. Beispielsweise stellt
Ein noch weiteres Konzept zur Leistungsversorgung und Kühlung wird in der Ausführungsform von
Dementsprechend ist, um die Ausführungsformen von
Um nun die Ausführungsformen von
Bei jeder der Ausführungsformen von
Abweichend von den Ausführungsformen von
In
Als Nächstes wird in
Abschließend ist
Nun sollen die Elektrolytlösung(en) unter Bezugnahme auf
In
Sowohl die Abmessungen als auch die Durchflussmengen der Flüssigkeitskreislaufabschnitte können entsprechend der tatsächlichen verwendeten Elektrolytlösung und dem Leistungsbedarf angepasst werden, z. B. um die Leistungsdichte und die Wärmeableitung zu optimieren. Es ist insbesondere auf Kapillaritätserscheinungen zu achten, d. h. möglicherweise müssen minimale Zwischenschichtabmessungen in Betracht gezogen werden. Demgegenüber können Kapillareffekte genutzt werden, um die Konvektion, z. B. mithilfe von Kapillarpumpen, zu begünstigen. Es ist zu beachten, dass solche Überlegungen bei der Verwendung von Gas anstelle von Flüssigkeiten keine Rolle spielen. Das Wärmeableitungsvermögen, das von einer Flüssigkeit bereitgestellt wird, ist jedoch erheblich größer als das eines Gases.Both the dimensions and the flow rates of the liquid circuit sections can be adjusted according to the actual electrolyte solution used and the power requirement, e.g. B. to optimize power density and heat dissipation. It is particularly important to pay attention to capillarity, d. H. possibly minimum interlayer dimensions must be considered. In contrast, capillary effects can be used to convection, z. B. using capillary pumps to favor. It should be noted that such considerations are irrelevant when using gas rather than liquids. However, the heat dissipation capability provided by a liquid is significantly greater than that of a gas.
Die Elektrolytlösung besteht im Allgemeinen aus einem aktiven Redoxpaar, das an einer elektronischen Ladungsübertragung mit der Elektrode beteiligt ist; einem Trägerelektrolyt, das Ionen bereitstellt, die zu der Ionenleitfähigkeit der Lösung beitragen, nicht jedoch zu einer elektronischen Ladungsübertragung; und einem Lösungsmittel, das in der Lage ist, geeignete Mengen sowohl des aktiven Redoxpaars als auch des Trägerelektrolyts aufzulösen.The electrolyte solution generally consists of an active redox couple involved in electronic charge transfer to the electrode; a carrier electrolyte that provides ions that contribute to the ionic conductivity of the solution but not electronic charge transfer; and a solvent capable of dissolving suitable amounts of both the active redox couple and the carrier electrolyte.
Das aktive Redoxpaar sollte bevorzugt in gelöster Form sowohl im reduzierten als auch im oxidierten Zustand vorhanden sein und kann daher aus Paaren ausgewählt werden die Fe2+/Fe3+, V2+/V3+, VO2+/VO2 +, Ce3+/Ce4+, Co2+/Co3+, Cr2+/Cr3+, Ti3+/TiOH3 +, Cr3+/Cr2O7 2–, BH4 –/BO2, OH–/H2O2, Br/Br3–, Mn2+/Mn3+, Ru2+/Ru3+ aufweisen. Es versteht sich, dass das Redoxpaar in Form eines Salzes oder eines beliebigen geeigneten Derivats wie zum Beispiel eines Sulfats, Chlorids, Hydroxids oder Carbonats beigegeben werden kann. Die Konzentration des Salzes sollte hoch genug sein, um eine hohe Dichte von elektroaktiven Spezies bereitzustellen, bevorzugt 1 mol/L oder höher. Die Konzentration kann bei miniaturisierten Elektrodenabmessungen aufgrund der erhöhten Diffusionsgeschwindigkeiten geringer sein, wie bei Mikroelektroden-Arrays bekannt ist.The active redox couple should preferably be present in dissolved form both in the reduced and in the oxidized state and can therefore be selected from pairs Fe 2+ / Fe 3+ , V 2+ / V 3+ , VO 2+ / VO 2 + , Ce 3+ / Ce 4+, Co 2+ / Co 3+, Cr 2+ / Cr 3+, Ti 3+ / TiOH + 3, Cr 3+ / Cr 2 O 7 2-, BH 4 - / BO 2, OH - / H 2 O 2 , Br / Br 3 , Mn 2+ / Mn 3+ , Ru 2+ / Ru 3+ . It is understood that the redox couple can be added in the form of a salt or any suitable derivative such as a sulfate, chloride, hydroxide or carbonate. The concentration of the salt should be high enough to provide a high density of electroactive species, preferably 1 mol / L or higher. Concentration may be lower for miniaturized electrode dimensions due to increased diffusion rates, as is known in microelectrode arrays.
Das Trägerelektrolyt sollte so ausgewählt werden, dass es auf das Salz abgestimmt ist, das das aktive Redoxpaar enthält, z. B. H2SO4, HCl, Na2SO4, NaCl, NaOH, K2SO4, KOH. Die Konzentration des Trägerelektrolyts sollte hoch genug sein, um den Widerstand der Lösung so weit wie möglich zu verringern, aber dennoch eine Ionenassoziation oder zu hohe Viskositäten zu verhindern, bevorzugt 0,5 mol/L oder höher. Bei Varianten werden Konzentrationen von 2 mol/L oder höher bevorzugt, wodurch beträchtliche Leistungen erzielt werden.The support electrolyte should be selected to match the salt containing the active redox couple, e.g. B. H 2 SO 4 , HCl, Na 2 SO 4 , NaCl, NaOH, K 2 SO 4 , KOH. The concentration of the carrier electrolyte should be high enough to reduce the resistance of the solution as much as possible, yet to prevent ion association or too high viscosities, preferably 0.5 mol / L or higher. In variants, concentrations of 2 mol / L or higher are preferred, thereby achieving significant benefits.
Das Lösungsmittel sollte hohe Löslichkeiten des Salzes, das das aktive Redoxpaar enthält, und des Trägerelektrolyts ermöglichen. Für die oben aufgeführten Spezies ist Wasser ein geeignetes Lösungsmittel.The solvent should allow high solubilities of the salt containing the active redox couple and the carrier electrolyte. For the species listed above, water is a suitable solvent.
Zusätzlich zu den oben aufgeführten Bestandteilen können der Lösung weitere Zusätze beigegeben werden, um die Leistungsfähigkeit des Systems zu verbessern. Insbesondere können Ligandenspezies beigegeben werden, um das Redoxpotenzial des aktiven Redoxpaars anzupassen, wie in der Wissenschaft der Elektrochemie bekannt ist (z. B.
Bei der Doppelstromgestaltung (
Bei der Einzelstromgestaltung enthält die einzige Lösung beide aktive Redoxpaare, wobei die Elektroden eine hohe Selektivität zeigen, wie zuvor beschrieben.In the single stream design, the only solution contains both active redox pairs, with the electrodes exhibiting high selectivity, as previously described.
Der Trennungsabstand zwischen den Elektroden kann beliebig gewählt werden, er sollte jedoch bevorzugt so gering wie möglich gehalten werden, um einen geringen Ionenwiderstand der Lösung zwischen den Elektroden zu erzielen. Bei der Zwischenschichtgestaltung, bei der die Elektroden auf entgegengesetzten Schichten positioniert sind (
Als Nächstes ist
In dieser Hinsicht stellt
Unter Verwendung von Wasser als flüssiges Kühlmittel kann eine Wärmeableitung mit Raten von über 200 W/cm2 durch Zwischenschichtkühlung mit erzwungener Konvektion in 3D-Stapeln mit Stiften erreicht werden (
Auf dem Gebiet der wässrigen Elektrochemie ist eine große Anzahl Paare von Redoxpaaren bekannt, die Potenzialdifferenzen in der Größenordnung von 1 V über einem Elektrodenpaar ermöglichen (
Die Vorteile einer solchen Technologie sind beträchtlich, z. B. werden Verbesserungen sowohl bei Aufbau- und Verbindungstechnik wie auch bei der Infrastruktur von Computersystemen (z. B. Rechenzentren) erwartet.The advantages of such a technology are considerable, e.g. For example, improvements are expected in both packaging and interconnect technology as well as in the infrastructure of computer systems (eg, data centers).
Bezüglich der Vorteile bei Aufbau- und Verbindungstechnik gilt zunächst: Bei einer Hochleistungs-3D-IC entfallen zurzeit auf leistungsführende TSVs (Leistungsdurchkontaktierungen) geschätzt 66% der gesamten mit TSVs versehenen Fläche. Durch Übertragen der gesamten Leistungsversorgung auf ein bifunktionelles Kühlmittel wird diese Fläche freigegeben und ein größerer Gestaltungsspielraum oder das Einbringen zusätzlicher Signaldurchkontaktierungen ermöglicht. Da es lokal (z. B. auf dem Chip) zu einer elektrochemischen Entladung kommt, ist keine Verbindung mit Komponenten über die Chip-Ebene hinaus erforderlich. Auf diese Weise kann die gesamte leistungsbezogene Verdrahtung vereinfacht und auf die Chip-Ebene beschränkt werden.With regard to the advantages of the assembly and connection technology, the following applies first: In a high-performance 3D-IC, performance-based TSVs (power vias) are currently estimated to account for 66% of the total TSV area. By transferring the entire power supply to a bifunctional coolant, this area is freed up and allows for greater design freedom or the introduction of additional signal vias. Since there is an electrochemical discharge locally (eg on the chip), there is no connection with components over the chip level is required. In this way, all performance related wiring can be simplified and limited to the chip level.
Bezüglich der Vorteile bei der Infrastruktur gilt zweitens: Die Leistungsversorgung wird durch elektroaktive Spezies im Kühlmittel gewährleistet. Durch Erhöhen der absoluten Menge verfügbarer elektroaktiver Spezies wird die Eigenständigkeit des Systems verbessert. In dieser Hinsicht und wie in
Auf diese Weise kann eine unterbrechungsfreie Leistungsversorgung (UPS) bereitgestellt werden. Zum Verbinden einer solchen UPS mit einem Computersystem kann eine Neugestaltung einer aktuellen Infrastruktur zur Leistungsversorgung mit dem Ziel der Verbesserung des Wirkungsgrades vorgeschlagen werden.In this way, an uninterruptible power supply (UPS) can be provided. To connect such a UPS to a computer system, a redesign of a current power supply infrastructure may be proposed with the aim of improving efficiency.
Modelle einer modifizierten gegenüber einer herkömmlichen Rechenzentrenarchitektur mit einer Online-UPS werden in
Die in
Durch Einbeziehen einer elektrochemischen Leistungsversorgung (
Bei Verwendung des Konzepts zur elektrochemischen Leistungsversorgung in einem Rechenzentrum beträgt der geschätzte Wirkungsgrad der Leistungsversorgung der Prozessoren 77%, was erhebliche Verbesserungen im Vergleich mit herkömmlichen Architekturen bedeutet. Die Hauptgründe für die bessere Leistungsfähigkeit des vorliegenden Konzepts zur elektrochemischen Leistungsversorgung sind die Beseitigung des herkömmlichen Online-UPS-Systems und die Möglichkeit, Leistung mit einem niedrigen Spannungspegel in Form von chemischer Energie anstelle von elektrischer Energie zu verteilen und auf diese Weise mehrere Umwandlungsschritte in der Leistungsversorgungskette zu vermeiden.Using the electrochemical power supply concept in a data center, the estimated power efficiency of the processors is 77%, which means significant improvements over traditional architectures. The main reasons for the better performance of the present electrochemical power supply concept are the elimination of the conventional on-line UPS system and the ability to distribute power at a low voltage level in the form of chemical energy instead of electrical energy and thus several conversion steps in the Power supply chain to avoid.
Die Speicherung elektrischer Energie als chemische Energie in Form von löslichen elektroaktiven Spezies und ihre Umwandlung zurück zu elektrischer Energie mithilfe erzwungener Konvektion kann mit dem Gebiet von Redox-Flussbatterien (RFBs) oder reversiblen Brennstoffzellen in Verbindung gebracht werden. Es sind wissenschaftliche Berichte über die Klasse der galvanischen Zellen verfügbar, deren gewerbliche Anwendungen bisher vor allem auf die Energiespeicherung in dezentralen Stromnetzen wie auch auf die Zwecke des Spitzenlastbetriebs und des Lastausgleichs ausgerichtet waren (
Wie bereits angemerkt, führen klassische RFB-Systeme im Gegensatz zu der vorgeschlagenen Ausführungsform der elektrochemischen Leistungsversorgung von
Die Übertragung der RFB-Elektrochemie auf Mikrofluidikanwendungen ist erst relativ kürzlich anhand von membranlosen Gestaltungen auf der Grundlage einer colaminaren Strömung bei niedrigen Reynolds-Zahlen und Brennstoffzellenkonzepten mit Membranen in integrierten Mikroreaktoren untersucht worden (
Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei der maximalen Brennstoffausnutzung um eine Leistungskennzahl der herkömmlichen RFB-Technologie, insbesondere der Mikrofluidikumsetzung handelt (z. B.
Im vorliegenden Fall ist zu erkennen, dass die Brennstoffausnutzung im Vergleich mit der Leistungsdichte kein Hauptanliegen ist, da in jedem Fall eine Pumpleistung erbracht werden muss, um den Kühlkreislauf anzutreiben. Aus diesem Grund kann ein konvektiver Massentransport zu einem wesentlich höheren Grad erzwungen werden, als gewöhnlich bei Mikrofluidik-RFBs in Betracht gezogen wird. Es ist zu beachten, dass sowohl die elektrochemische Leistung als auch die Wärmeableitungsleistung der Lösungen von einem verstärkten Massentransport profitieren. Des Weiteren erweist sich das größere Ausmaß der Miniaturisierung bei ICs im Vergleich zu herkömmlichen Mikrofluidik-RFBs im Hinblick auf den Ionenwiderstand der integrierten galvanischen Zelle als vorheilhaft, was aufgrund verringerter ohmscher Verluste höhere Leistungsdichten ermöglicht.In the present case, it can be seen that the fuel utilization is not a major concern in comparison with the power density, since in each case a pumping power must be provided to drive the cooling circuit. For this reason, convective mass transport can be forced to a much higher degree than is usually considered in microfluidic RFBs. It should be noted that both the electrochemical performance and the heat dissipation performance of the solutions benefit from increased mass transport. Furthermore, the greater degree of miniaturization in ICs, compared to conventional microfluidic RFBs, has proven to be beneficial in terms of the ion resistance of the integrated galvanic cell, allowing higher power densities due to reduced ohmic losses.
Zusammengefasst birgt die vorgeschlagene Strategie der kombinierten Kühlung/elektrochemischen Leistungsversorgung ein beträchtliches Potenzial zur Ausnutzung einer Infrastruktur mit Flüssigkeitskühlung, indem die Leistungsversorgung von ICs gleichzeitig zum Gegenstand gemacht wird. Zu wichtigen möglichen Vorteilen dieses Konzepts zählen eine verbesserte Bandbreite und ein verbesserter Wirkungsgrad aufgrund der Vereinfachung der Leistungsversorgungsinfrastruktur auf der Ebene des Chips und der Versorgungseinrichtung.In summary, the proposed combined cooling / electrochemical power supply strategy has considerable potential for exploiting a liquid cooling infrastructure by simultaneously addressing the power supply of ICs. Important potential benefits of this approach include improved bandwidth and efficiency due to the simplification of the chip and utility power infrastructure.
Nichtsdestotrotz besteht ein Nachteil der in
Daher wird bei anderen Ausführungsformen die Membran beseitigt, und die Realisierung der Erfindung stützt sich stattdessen auf parallele laminare Ströme, die am Ende der Umwandlungszone wieder getrennt werden (siehe
Wie zuvor angemerkt, werden bei sonstigen Ausführungsformen die Elektroden funktionalisiert, um zu ermöglichen, dass spezifische Anoden- und Kathodenreaktionen selektiv an den Elektroden aus derselben Lösung stattfinden (siehe
Zu guter Letzt können die vorteilhaften Wirkungen der elektrochemischen Leistungsversorgung erhöht werden, wenn die Systeme bei erhöhten Temperaturen betrieben werden, wie es für eine direkte thermische Verwertung erforderlich ist. Die Wiederverwendung von Wärmeenergie z. B. in Heizungsanwendungen verbessert den energetischen Wirkungsgrad des Computersystems weiter. Ein Temperaturanstieg um 40 K erhöht die elektrochemische Reaktionskinetik, wenn sie mit wirksamen Verbesserungen des Massentransports kombiniert wird, um drei bis vier Größenordnungen. Eine solche Kombination scheint besonders vorteilhaft für solche Anwendungen, bei denen hohe Leistungsdichten benötigt werden, um den Chips in den Chip-Stapeln ausreichend Leistung zuzuführen.Lastly, the beneficial effects of the electrochemical power supply can be increased if the systems are operated at elevated temperatures, as required for direct thermal utilization. The reuse of heat energy z. B. in heating applications further improves the energy efficiency of the computer system. A temperature increase of 40 K increases the electrochemical reaction kinetics by three to four orders of magnitude when combined with effective improvements in mass transport. Such a combination seems particularly advantageous for those applications where high power densities are needed to provide sufficient power to the chips in the chip stacks.
Ein Computerprogrammcode, der dazu erforderlich ist, zumindest Teile der obigen Erfindung (z. B. die Flüssigkeitskonvektionsregelung) zu implementieren, kann in einer höheren (z. B. einer verfahrensorientierten oder objektorientierten) Programmiersprache oder auf Wunsch in einer Assembler- oder Maschinensprache implementiert werden; und bei der Sprache kann es sich in jedem Fall um eine Compiler- oder Interpretersprache handeln. Zu geeigneten Prozessoren zählen Universal- und Spezialmikroprozessoren. Es ist zu beachten, dass Vorgänge, die die Einheit, das Endgerät, der Server oder der Empfänger durchführen, in einem Computerprogrammprodukt gespeichert werden können, das physisch in einer maschinenlesbaren Speichereinheit zur Ausführung durch einen programmierbaren Prozessor verkörpert wird; und dass Verfahrensschritte der Erfindung durch einen oder mehrere programmierbare Prozessoren durchgeführt werden können, die Befehle ausführen, um Funktionen der Erfindung durchzuführen.Computer program code required to implement at least portions of the above invention (eg, liquid convection control) may be implemented in a higher (e.g., procedural or object-oriented) programming language or, if desired, in assembly or machine language ; and the language can in any case be a compiler or interpreter language. Suitable processors include general purpose and specialty microprocessors. It should be noted that operations performed by the device, the terminal, the server or the receiver may be stored in a computer program product that is physically embodied in a machine-readable storage device for execution by a programmable processor; and that method steps of the invention may be performed by one or more programmable processors executing instructions to perform functions of the invention.
Allgemeiner ausgedrückt, die obige Erfindung kann zumindest teilweise in digitalen elektronischen Schaltungen oder in Computer-Hardware, -Firmware, -Software oder in Kombinationen davon realisiert werden. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor Befehle und Daten von einem Nur-Lese-Speicher und/oder einem Direktzugriffsspeicher. Zu Speichereinheiten, die zum physischen Verkörpern von Computerprogrammbefehlen und Daten geeignet sind, zählen alle Formen nichtflüchtigen Speichers, darunter zum Beispiel Halbleiter-Speichereinheiten wie beispielsweise EPROM, EEPROM, Flash-Speichereinheiten oder sonstige.More generally, the above invention can be implemented, at least in part, in digital electronic circuits or in computer hardware, firmware, software, or combinations thereof. In general, a processor receives instructions and data from a read only memory and / or random access memory. Storage devices that are suitable for physically embodying computer program instructions and data include all forms of nonvolatile memory, including, for example, semiconductor memory devices such as EPROM, EEPROM, flash memory devices, or others.
Die vorliegende Erfindung ist zwar mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden, für Fachleute ist jedoch ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und gleichartige Elemente ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können zahlreiche Modifizierungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der vorliegenden Erfindung anzupassen, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Daher soll die vorliegende Erfindung nicht auf die besondere offenbarte Ausführungsform beschränkt sein, sondern die vorliegende Erfindung soll alle Ausführungsformen beinhalten, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen. Beispielsweise können die Elektroden, die mit den Elektrolytlösungen in Kontakt stehen, mithilfe herkömmlicher Mikrostrukturierungstechniken strukturiert werden, um eine Vergrößerung der Oberfläche wie auch einen verstärkten Massentransport durch Diffusion zu erzielen. Zusätzliche Merkmale wie zum Beispiel sogenannte Turbulenzerzeuger können in der Nähe der Elektroden strukturiert werden, um den Massentransport zu den Elektroden durch Konvektion zu fördern, was für hohe Leistungsdichten vorteilhaft ist.While the present invention has been described with reference to particular embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made and similar elements may be substituted without departing from the scope of the present invention. In addition, numerous modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the present invention without departing from its scope. Therefore, the present invention should not be limited to the particular embodiment disclosed, but the present invention is intended to include all embodiments falling within the scope of the appended claims. For example, the electrodes in contact with the electrolyte solutions may be patterned using conventional micropatterning techniques to achieve increased surface area as well as enhanced mass transport by diffusion. Additional features, such as so-called turbulence generators, may be patterned near the electrodes to promote mass transport to the electrodes by convection, which is advantageous for high power densities.
Literaturnachweis:References:
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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