211service.com
Kleine pomp koelt chips
Onderzoekers hebben een klein apparaat op basis van silicium gebouwd dat een oppervlak effectief kan koelen, wat een nieuwe, effectievere manier biedt om microchips te koelen. Het nieuwe apparaat, ontworpen en gefabriceerd door ingenieurs van Intel, de University of Washington in Seattle en Belmont, MA-gebaseerd Kronos geavanceerde technologieën , gebruikt geïoniseerde lucht en een elektrisch veld om het oppervlak te koelen.
Infraroodbeelden laten zien hoe een nieuw microkoelapparaat ionen en een elektrisch veld gebruikt om een verwarmd oppervlak te koelen. Boven: de ionenpomp staat uit. Onder: de pomp staat aan. (Credit: Universiteit van Washington)
Computers worden warmer met elke nieuwe generatie chips, omdat er steeds meer warmteproducerende transistors op worden gepropt. Deskundigen zeggen inderdaad dat tegen het einde van dit decennium de klassieke koeloplossing – met metalen koellichamen om de warmte van de chips weg te halen en een roterende ventilator om de koellichamen te koelen en de hete lucht uit computers te duwen – niet langer zal bestaan. goed genoeg.
Vooral ventilatortechnologie is moeilijk te verbeteren. Er is niet veel meer dat kan worden gedaan om [fans] te optimaliseren, zegt Alex Mamishev , een professor in elektrotechniek aan de Universiteit van Washington, die de ontwikkeling van de nieuwe technologie leidde. De chip-koelende ionenpomp die Mamishev en collega's voorstellen, is veel kleiner dan koellichamen en ventilatoren, en omdat hij van silicium is gemaakt, zou hij uiteindelijk kunnen worden geïntegreerd in het proces voor het maken van chips, waardoor hij mogelijk zuiniger wordt. Bovendien kan de ionenpomp, indien toegevoegd aan een koellichaam, chips afkoelen tot lagere temperaturen dan momenteel mogelijk is met standaardventilatoren.
De onderzoekers koelden een plek op een oppervlak van enkele vierkante millimeters met 25 graden Celsius. De spanning die door de elektrodepunt wordt geleid, die een paar millimeter boven de collectorelektrode zit, kan worden aangepast om de chip af te koelen tot verschillende temperaturen, of om het gekoelde gebied aan te passen, zegt Mamishev.
De pomp heeft twee basisonderdelen. Een elektrodepunt zendt een hoge spanning uit die elektronen ontdoet van zuurstof- en stikstofmoleculen in de lucht, waardoor ze worden geïoniseerd. Deze positief geladen ionen stromen vervolgens van de punt naar een negatief geladen collectorelektrode. Terwijl de ionen naar de collectorelektrode stromen, slepen ze de omringende lucht mee, waardoor een netto luchtstroom ontstaat, legt Stephen Montgomery uit, een senior systeemingenieur bij Intel die aan het project werkte.
Intel, een vooraanstaand onderzoeker op het gebied van geavanceerde chiptechnologie, onderzoekt een aantal methoden om toekomstige chips te koelen. Maar Montgomery zegt dat het apparaat dat is ontwikkeld aan de Universiteit van Washington een van de meer veelbelovende technologieën is. Die koeling, zegt Montgomery, kan worden gedaan met een redelijk hoog rendement en een laag stroomverbruik, en het is schaalbaar, wat betekent dat het gemakkelijk in massaproductie kan worden genomen, waardoor het gemakkelijker kan worden geïntegreerd in een groot aantal chips.
Een andere geavanceerde methode voor het koelen van chips is het gebruik van leidingen om vloeibare koelvloeistof door het systeem te pompen, vergelijkbaar met de manier waarop de motor van een auto wordt gekoeld. De nieuwe Mac Pro-desktopcomputer van Apple gebruikt bijvoorbeeld een pomp die water door leidingen duwt. Maar deze waterkoelingssystemen zijn complex en duur, zegt Mamishev.
De ionenpomp is een potentieel belangrijke verbetering, zegt Thomas Kenny , hoogleraar werktuigbouwkunde aan de Stanford University. Maar hij voegt eraan toe dat het nog onbekend is of het systeem te maken zal krijgen met economische en technische uitdagingen die vergelijkbaar zijn met die van watergekoelde systemen.
Het team van Mamishev is niet de enige die ionenpompen gebruikt om chips te koelen. Soortgelijke technologie die is ontwikkeld aan de Purdue University in West Lafayette, IN, wordt gecommercialiseerd door een startup genaamd Thorrn Micro-technologieën . Hun benadering is om metaaldraden te gebruiken in plaats van een siliconenpunt, zegt Suresh Garimella, hoogleraar werktuigbouwkunde aan Purdue. Door een sterke spanning langs de draad aan te brengen, ontstaat een elektrisch veld dat de lucht over de hele lengte ioniseert, niet alleen aan de punt, legt hij uit. Het bedrijf ontwikkelt een systeem voor het koelen van laptops en andere draagbare apparaten.
Mamishev zegt dat er uitdagingen zullen zijn met de technologie van zijn groep als ze proberen een ionenpomp in een echt product te integreren. Vanwege de hoge spanningen die worden gebruikt om het koeleffect te genereren, kan er een accumulatie van statische lading zijn, waardoor de prestaties van het apparaat worden belemmerd, of kan de spanning de isolatie in delen van het circuit afbreken. Je moet voorzichtig zijn, zegt hij. Ook moet de groep tests doen om de levensduur en betrouwbaarheid van de ionenpomp te bepalen.
De onderzoekers ontwikkelen momenteel een prototype ionenpomp, die in een koellichaam wordt ingebouwd. Mamishev verwacht dat de technologie binnen twee jaar klaar is voor commercialisering in servers, desktopcomputers en laptops.