Metaalgekoelde computers

In veel opzichten is de wet van Moore - de beroemde voorspelling van Gordon Moore, mede-oprichter van chipfabrikant Intel, dat de complexiteit van microprocessors exponentieel zal groeien zonder een prijsstijging - al vier decennia stand te houden. Maar die complexiteit gaat gepaard met een verborgen prijs: warmte.





Om steeds meer componenten en circuits op een chip te plaatsen, is meer elektrisch vermogen nodig om deze te laten werken. En het grootste deel van dat vermogen wordt omgezet in warmte, zodat de nieuwste chips snel de 100 graden Celsius kunnen overschrijden, als ze niet goed worden gekoeld.

Het probleem wordt zo ernstig dat Intel vorig jaar een high-speed-CPU-project annuleerde, deels omdat het geen praktische manier vond om de energieverbruikende chips af te koelen (zie bijgevoegde Notebook). Oververhitte chips werken niet betrouwbaar, wat mogelijk kan leiden tot computercrashes, verminkte bestanden, grafische storingen en zelfs permanente schade.

Er is een grote vraag naar compacte, kosteneffectieve koeloplossingen, zegt Suresh V. Garimella, directeur van het Cooling Technologies Research Center aan de Purdue University in Indiana. Volgens hem bereiken de fans die traditioneel worden gebruikt om pc's te koelen hun grenzen.



Een mogelijke oplossing voor dit groeiende probleem wordt vaker geassocieerd met kernreactoren: koeling van vloeibaar metaal. Aangevoerd door NanoCoolers, een startup in Austin, TX, maakt de technologie gebruik van een ongebruikelijke verbinding van metalen die bij kamertemperatuur vloeibaar blijft. Momenteel vloeit hun mengsel van gallium en indium (en een snuifje tin) vrij bij temperaturen boven de 7 ° C. En een nieuwe formule zou kunnen dalen tot min 10 ° C, volgens productmanager Mick Wilcox.

Deze technologie is een van een aantal nieuwe en veelbelovende koeloplossingen die de laatste tijd worden voorgesteld en nagestreefd, zegt Garimella.

Het vloeibare metaal stroomt in een lus rond een pc of grafische kaart. Ten eerste neemt het warmte op van de bovenkant van de verwarmde chip. Vervolgens wordt de vloeistof door leidingen naar een radiator gepompt (meestal met een ventilator erop), waar de warmte wordt afgegeven aan de lucht. Ten slotte circuleert de gekoelde vloeistof terug naar de chip.



De pomp die het vloeibare metaal in het systeem verplaatst, is een van de belangrijkste voordelen van de uitvinding ten opzichte van een rivaliserende technologie, waterkoeling. Door gebruik te maken van de metaalachtige aard van het koelmiddel, duwt de pomp de vloeistof elektromagnetisch rond. In tegenstelling tot waterkoeling vereist het proces geen bewegende delen, verbruikt het weinig stroom en is het stil. In een patentaanvraag stelt NanoCoolers zelfs voor om de pomp alleen van stroom te voorzien met de afvalwarmte die door de computer wordt geproduceerd. Hoewel de vloeibare metaalverbinding niet-toxisch is, is deze volgens Wilcox bijtend voor sommige metalen, met name aluminium.

De aantrekkingskracht van vloeibaar metaal zelf is de uitstekende warmtegeleiding. Volgens Sapphire Technology, dat de uitvinding van NanoCoolers voor een pc-grafische kaart heeft overgenomen, is het 65 keer beter warmtegeleidend dan water - en 1.600 keer beter dan luchtkoeling.

Kortom, vloeibaar metaal is in staat om sneller warmte op te nemen en zo chips sneller af te koelen. Deze eigenschap heeft geleid tot het gebruik als ultieme koelvloeistof in sommige kernreactoren, die worden gekoeld met vloeibaar natrium of kalium, evenals bij de vervaardiging van hoogwaardige machinecomponenten, zoals gasturbinebladen, waar de componenten snel worden afgekoeld tot 660 C met gesmolten aluminium om de vorming van defecten te voorkomen.



[Vloeibare metalen] zouden zeker hogere koelcapaciteiten kunnen bieden, zegt Garimella. Wat betreft hun praktische toepassingen is hij echter voorzichtiger: [Het is] heel erg een functie van hoe ze worden geïmplementeerd en de controlerende thermische weerstand in het pakket.

Het blijft inderdaad de vraag of problemen met de implementatie deze nieuwe technologie ervan zullen weerhouden een praktische koeloplossing voor de pc te worden. Een concurrent is van mening dat het gebruik van vloeibare metaaltechnologie door Sapphire Technology meer te maken heeft met marketing. Vanwege de hogere kosten, afmetingen en gewicht van de koeler denken we niet dat deze technologie klaar is voor de markt, zegt Lester Lau, woordvoerder van een rivaliserende fabrikant van grafische kaarten, Abit Computer, uit Taiwan. De marketingwaarde is intrigerend, maar de nadelen lijken op dit moment op te wegen tegen de voordelen.

Een branche-expert is ook sceptisch. Het is een grote sprong, met de introductie van zoveel nieuwe componenten die niet bewezen zijn, zegt Monem Alyaser, directeur van Applied Thermal Technologies, een in Santa Clara gevestigd ingenieursbureau dat heeft geholpen bij thermisch ontwerp voor Microsoft's Xbox 360 en de Apple Powerbook Titanium. Alyaser is van mening dat waterkoeling een betere volgende stap zou zijn voor de pc-industrie, omdat het is beproefd en getest (het bestaat al zolang er radiatoren in auto's zijn).



Mick Wilcox van NanoCoolers stelt dat vloeibaar metaal aanzienlijke voordelen heeft ten opzichte van waterkoeling, waaronder de stillere en betrouwbaardere elektromagnetische pomp, evenals het feit dat het hetzelfde of betere koelvermogen heeft.

Momenteel gebruiken bijna alle producten op de pc-markt luchtkoeling. Waterkoeling is daarentegen beperkt tot kits voor liefhebbers. In tests met een laptop zegt Wilcox dat de technologie van NanoCooler ongeveer dertig procent effectiever is dan een heatpipe-luchtkoelsysteem en vijf procent beter dan waterkoeling.

Zeker, dergelijke cijfers zijn aanzienlijk lager dan verwacht, gezien de hoge thermische geleidbaarheid van vloeibaar metaal. Het probleem, zegt Wilcox, is om de warmte uit het vloeibare metaal te halen voordat het terug naar de chip wordt gecirculeerd. Uiteindelijk betekent dat het gebruik van een radiator of ventilator om de warmte-energie in de omringende atmosfeer te dumpen, dezelfde methode die wordt gebruikt in water- en luchtkoelsystemen.

NanoCoolers richt zijn middelen ook op andere koeltechnologieën, met name een dunne-film, high-density versie van traditionele thermo-elektrische systemen voor gebruik in verschillende consumentenproducten.

Ondertussen zegt grafische chipmaker Sapphire dat het zijn metaal-vloeistofgekoelde Blizzard-grafische kaart deze zomer naar recensenten van tijdschriften en online publicaties zal sturen - de eerste openbare demonstratie van metaalgekoelde technologie op een pc.

bronnen:

zich verstoppen