Mała pompa chłodzi frytki

Naukowcy zbudowali maleńkie urządzenie na bazie krzemu, które może skutecznie schładzać powierzchnię, zapewniając nowatorski, skuteczniejszy sposób chłodzenia mikroczipów. Nowe urządzenie, zaprojektowane i wyprodukowane przez inżynierów Intela, Uniwersytetu Waszyngtońskiego w Seattle oraz Belmont, MA z siedzibą Zaawansowane technologie Kronos , wykorzystuje zjonizowane powietrze i pole elektryczne do chłodzenia powierzchni.

Obrazy w podczerwieni pokazują, jak nowe urządzenie do mikrochłodzenia wykorzystuje jony i pole elektryczne do chłodzenia nagrzanej powierzchni. Góra: pompa jonowa jest wyłączona. Dół: pompa jest włączona. (Źródło: Uniwersytet Waszyngtoński)

Komputery rozgrzewają się z każdą nową generacją chipów, ponieważ coraz więcej tranzystorów wytwarzających ciepło jest do nich naładowanych. Rzeczywiście, eksperci twierdzą, że pod koniec tej dekady klasyczne rozwiązanie chłodzące – wykorzystujące metalowe radiatory do odprowadzania ciepła z chipów oraz obrotowy wentylator do chłodzenia radiatorów i wypychania gorącego powietrza z komputerów – nie będzie już dostępne. wystarczająco dobry.

W szczególności technologia wentylatorów jest trudna do ulepszenia. Niewiele więcej można zrobić, aby zoptymalizować [fanów], mówi Alex Mamishev , profesor elektrotechniki na Uniwersytecie Waszyngtońskim, który kierował rozwojem nowej technologii. Proponowana przez Mamisheva i współpracowników pompa jonowa do chłodzenia chipów jest znacznie mniejsza niż radiatory i wentylatory, a ponieważ jest wykonana z krzemu, mogłaby ostatecznie zostać zintegrowana z procesem wytwarzania chipów, co potencjalnie byłoby bardziej ekonomiczne. Ponadto, jeśli zostanie dodana do radiatora, pompa jonowa może schłodzić chipy do niższych temperatur niż jest to obecnie możliwe w przypadku standardowych wentylatorów.

Naukowcy ochłodzili o 25 stopni Celsjusza punkt na powierzchni o powierzchni kilku milimetrów kwadratowych. Napięcie przechodzące przez końcówkę elektrody, która znajduje się kilka milimetrów nad elektrodą kolektora, można modyfikować, aby schłodzić chip do różnych temperatur lub dostosować obszar, który jest chłodzony, mówi Mamishev.

Pompa składa się z dwóch podstawowych części. Końcówka elektrody emituje wysokie napięcie, które usuwa elektrony z cząsteczek tlenu i azotu w powietrzu, jonizując je. Te dodatnio naładowane jony przepływają następnie z końcówki do ujemnie naładowanej elektrody kolektora. Gdy jony kierują się do elektrody kolektora, ciągną ze sobą otaczające powietrze, tworząc netto przepływ powietrza, wyjaśnia Stephen Montgomery, starszy inżynier ds. systemów w firmie Intel, który pracował nad projektem.

Intel, który jest czołowym badaczem zaawansowanych technologii chipowych, przygląda się wielu metodom chłodzenia przyszłych chipów. Ale Montgomery twierdzi, że urządzenie opracowane na Uniwersytecie Waszyngtońskim jest jedną z bardziej obiecujących technologii. To chłodzenie, jak mówi Montgomery, można osiągnąć z dość wysoką wydajnością i niskim poborem mocy, a także jest skalowalne, co oznacza, że ​​można je łatwo produkować masowo, co ułatwia integrację z dużą liczbą chipów.

Inna zaawansowana metoda chłodzenia wiórów polega na użyciu rur do pompowania płynu chłodzącego w całym układzie, podobnie jak chłodzony jest silnik samochodu. Na przykład nowy komputer stacjonarny Apple Mac Pro wykorzystuje pompę, która przepycha wodę przez rury. Ale te systemy chłodzenia wodą są skomplikowane i drogie, mówi Mamishev.

Mówi, że pompa jonowa jest potencjalnie ważnym ulepszeniem Thomas Kenny , profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Stanforda. Dodaje jednak, że nadal nie wiadomo, czy system stanie przed wyzwaniami ekonomicznymi i technicznymi podobnymi do tych z systemami chłodzonymi wodą.

Zespół Mamisheva nie jest osamotniony w stosowaniu pomp jonowych do chłodzenia chipów. Podobna technologia opracowana na Purdue University w West Lafayette, IN, jest komercjalizowana przez startup o nazwie Thorn Micro Technologies . Ich podejście polega na użyciu metalowych drutów zamiast silikonowych końcówek, mówi Suresh Garimella, profesor inżynierii mechanicznej w Purdue. Przyłożenie silnego napięcia wzdłuż przewodu wytwarza pole elektryczne, które jonizuje powietrze na całej jego długości, a nie tylko na końcu, wyjaśnia. Firma opracowuje system chłodzenia laptopów i innych urządzeń przenośnych.

Mamishev mówi, że będą wyzwania związane z technologią jego grupy, gdy będą próbować zintegrować pompę jonową z rzeczywistym produktem. Ze względu na wysokie napięcia używane do generowania efektu chłodzenia, może nastąpić akumulacja ładunku elektrostatycznego, utrudniając działanie urządzenia lub napięcie może uszkodzić izolację w częściach obwodu. Musisz być ostrożny, mówi. Grupa musi również przeprowadzić testy, aby określić trwałość i niezawodność pompy jonowej.

Naukowcy pracują obecnie nad prototypem pompy jonowej wbudowanej w radiator. Mamishev spodziewa się, że technologia będzie gotowa do komercjalizacji w serwerach, komputerach stacjonarnych i laptopach w ciągu dwóch lat.

ukryć