Komputery chłodzone metalem

Pod wieloma względami prawo Moore'a – słynna przepowiednia Gordona Moore'a, współzałożyciela producenta chipów Intela, że ​​złożoność mikroprocesora będzie rosła wykładniczo bez wzrostu ceny – utrzymuje się przez cztery dekady. Ale ta złożoność ma ukryty koszt: ciepło.





Pakowanie coraz większej liczby komponentów i obwodów do chipa wymaga więcej energii elektrycznej do jego uruchomienia. A większość tej mocy zamienia się w ciepło, dzięki czemu najnowsze chipy mogą szybko przekroczyć 100 stopni Celsjusza, jeśli nie zostaną odpowiednio schłodzone.

Problem staje się tak poważny, że w zeszłym roku Intel anulował projekt dotyczący szybkich procesorów, po części dlatego, że nie znalazł praktycznego sposobu na schłodzenie energochłonnych chipów (patrz dołączony notebook). Przegrzane chipy nie działają niezawodnie, co może prowadzić do awarii komputera, zniekształconych plików, usterek graficznych, a nawet trwałych uszkodzeń.

Istnieje duże zapotrzebowanie na kompaktowe, ekonomiczne rozwiązania w zakresie chłodzenia, mówi Suresh V. Garimella, dyrektor Centrum Badawczego Technologii Chłodzenia na Uniwersytecie Purdue w stanie Indiana. Według niego fani tradycyjnie wykorzystywani do chłodzenia komputerów osobistych osiągają swoje granice.



Jedno z potencjalnych rozwiązań tego narastającego problemu jest częściej kojarzone z reaktorami jądrowymi: chłodzenie ciekłym metalem. Technologia, której pionierem jest NanoCoolers, start-up w Austin w Teksasie, wykorzystuje niezwykły związek metali, który pozostaje płynny w temperaturze pokojowej. Obecnie ich mieszanina galu i indu (oraz szczypta cyny) przepływa swobodnie w temperaturach powyżej 7 stopni C. A nowa formuła może spaść nawet do minus 10 stopni C, według kierownika produktu Micka Wilcoxa.

Ta technologia jest jednym z wielu nowych i obiecujących rozwiązań w zakresie chłodzenia, które są ostatnio proponowane i wdrażane, mówi Garimella.

Ciekły metal opływa pętlę wokół komputera lub karty graficznej. Najpierw odbiera ciepło z górnej części rozgrzanego chipa. Następnie ciecz jest pompowana rurami do grzejnika (najczęściej z dmuchanym wentylatorem), gdzie ciepło oddawane jest do powietrza. W końcu schłodzony płyn krąży z powrotem do chipa.



Pompa, która przemieszcza ciekły metal w układzie, jest jedną z głównych zalet wynalazku w porównaniu z konkurencyjną technologią, chłodzeniem wodnym. Wykorzystując metaliczną naturę chłodziwa, pompa popycha ciecz elektromagnetycznie. W przeciwieństwie do chłodzenia wodą, proces ten nie wymaga ruchomych części, zużywa mało energii i jest cichy. We wniosku patentowym NanoCoolers sugeruje nawet zasilanie pompy wyłącznie z ciepła odpadowego wytwarzanego przez komputer. Chociaż ciekły związek metalu jest nietoksyczny, według Wilcoxa działa korodująco na niektóre metale, zwłaszcza na aluminium.

Atrakcją samego ciekłego metalu jest jego doskonałe przewodzenie ciepła. Według firmy Sapphire Technology, która zastosowała wynalazek NanoCoolers do karty graficznej do komputerów PC, ma ona 65 razy lepszą przewodność cieplną niż woda – i 1600 razy lepszą niż chłodzenie powietrzem.

Krótko mówiąc, ciekły metal jest w stanie szybciej pochłaniać ciepło, a tym samym szybciej schładzać wióry. Ta właściwość doprowadziła do zastosowania go jako ostatecznego chłodziwa w niektórych reaktorach jądrowych, które są chłodzone ciekłym sodem lub potasem, a także do produkcji wysokiej jakości elementów maszyn, takich jak łopatki turbin gazowych, gdzie elementy są szybko chłodzone do 660 C z roztopionym aluminium, aby zapobiec powstawaniu wad.



[Płynne metale] z pewnością mogą zapewnić wyższą wydajność chłodzenia, mówi Garimella. Jeśli chodzi o ich praktyczne zastosowania, jest jednak bardziej ostrożny: [To] w dużej mierze funkcja sposobu ich wykonania i kontrolowania oporu cieplnego w opakowaniu.

Rzeczywiście, pozostaje pytanie, czy trudności z wdrożeniem przeszkodzą tej nowej technologii w staniu się praktycznym rozwiązaniem chłodzącym dla komputerów PC. Jeden z konkurentów uważa, że ​​wykorzystanie technologii ciekłego metalu przez Sapphire Technology ma więcej wspólnego z marketingiem. Ze względu na zwiększony koszt, rozmiar i wagę coolera, uważamy, że ta technologia nie jest gotowa na rynek, mówi Lester Lau, rzecznik konkurencyjnego producenta kart graficznych, firmy Abit Computer z Tajwanu. Wartość marketingowa jest intrygująca, ale w tym momencie wady wydają się przeważać nad zaletami.

Ekspert branżowy jest również sceptyczny. To duży skok, wprowadzając tak wiele nowych komponentów, które nie są sprawdzone, mówi Monem Alyaser, dyrektor Applied Thermal Technologies, firmy konsultingowej z siedzibą w Santa Clara, która pomagała w projektowaniu termicznym dla Microsoft Xbox 360 i Apple Powerbook Titanium. Alyaser uważa, że ​​chłodzenie wodne byłoby lepszym kolejnym krokiem dla przemysłu komputerowego, ponieważ jest wypróbowane i przetestowane (istnieje tak długo, jak w samochodach były grzejniki).



Mick Wilcox firmy NanoCoolers wskazuje, że ciekły metal ma znaczną przewagę nad chłodzeniem wodnym, w tym cichszą i bardziej niezawodną pompę elektromagnetyczną, a także fakt, że ma taką samą lub lepszą zdolność chłodzenia.

Obecnie prawie wszystkie produkty na rynku komputerów PC wykorzystują chłodzenie powietrzem. Natomiast chłodzenie wodą ogranicza się do zestawów dla entuzjastów. W testach z laptopem Wilcox twierdzi, że technologia NanoCooler jest o około trzydzieści procent skuteczniejsza niż system chłodzenia powietrzem z rurką cieplną io pięć procent lepsza niż chłodzenie wodne .

Oczywiście liczby te są znacznie niższe niż oczekiwano, biorąc pod uwagę wysoką przewodność cieplną ciekłego metalu. Problem, jak mówi Wilcox, polega na tym, że płynny metal jest odprowadzany z powrotem do układu scalonego. Ostatecznie oznacza to użycie grzejnika lub wentylatora do odprowadzania energii cieplnej do otaczającej atmosfery, ta sama metoda stosowana w systemach chłodzenia wodą i powietrzem.

W rzeczywistości NanoCoolers koncentruje swoje zasoby również na innych technologiach chłodzenia, w szczególności na cienkowarstwowej wersji tradycyjnej termoelektryki o wysokiej gęstości do stosowania w różnych produktach konsumenckich.

Tymczasem producent układów graficznych Sapphire twierdzi, że tego lata wyśle ​​swoją chłodzoną metalem kartę graficzną Blizzard recenzentom w magazynach i publikacjach internetowych – będzie to pierwsza publiczna demonstracja technologii chłodzonej metalem w komputerze PC.

Źródła:

ukryć