211service.com
Chlazení čipů pomocí iontového vánku
Elektrody, které posílají proudění ionizovaného vzduchu po povrchu křemíkového čipu, by mohly výrazně zefektivnit chladicí ventilátory v počítačích a laptopech. Výzkumníci z Purdue University a Intel zjistili, že zařízení, které generuje iontový vánek, udržuje počítačové čipy o 25 ºC chladnější než samotné ventilátory. Umožněním použití menších ventilátorů by zařízení mohlo vést ke kompaktnějším notebookům.
Chladný vánek: Infračervené snímky povrchu mikročipu ukazují jednu ze dvou elektrod, které generují chladicí vánek ionizovaného vzduchu v novém zařízení vyvinutém na Purdue University. Na horním obrázku (červená) ventilátory udržují povrchovou teplotu čipu na 60 ºC. Na spodním obrázku (modrá) aktivace elektrod sníží teplotu na 35 ºC.
Vzhledem k tomu, že mikročipy jsou přeplněné stále více součástkami, dnešní způsoby chlazení již nebudou dostatečné. V současné době je teplo odváděno z čipů pomocí kovových chladičů – panelů připojených k soustavám žeber nebo hrotů, které maximalizují povrchovou plochu odvádějící teplo. Ventilátory v počítači ochlazují chladiče a vyfukují horký vzduch. Ale chlazení vzduchem bylo nataženo až na hranici jeho kapacity pro odvod tepla, říká Suresh Garimella , profesor strojního inženýrství na Purdue. A kromě toho mohou být ventilátory objemné a hlučné.
Nové zařízení je malé a lze jej integrovat přímo do počítačového čipu. Umístěním na konkrétní horká místa na čipu by inženýři mohli zvýšit účinnost chladicího ventilátoru v těchto oblastech. To by mohlo vést k menším ventilátorům, které fungují stejně dobře jako současné ventilátory, říká Garimella, a tím k tenčím a menším notebookům. Konečným cílem je vyvinout technologie chlazení pro malé notebooky a kapesní počítače, říká Rajiv Mongia, výzkumný inženýr společnosti Intel, který na novém zařízení spolupracoval s výzkumníky Purdue.
Garimella a jeho kolegové postavili svůj experimentální chladicí systém na simulovaném počítačovém čipu. Systém se skládá ze dvou elektrod – drátu z nerezové oceli, který funguje jako kladně nabitá anoda, a měděné pásky, která slouží jako katoda – které jsou od sebe odděleny několika milimetry.
Přivedením napětí na elektrody se elektrony ve vzduchu srazí s molekulami kyslíku a dusíku, zbaví je elektronů a vytvoří kladně nabité ionty. Ionty se pohybují směrem k záporně nabité katodě, tahají s sebou okolní molekuly vzduchu a vytvářejí vánek. Výzkumníci zjistili, že zatímco ventilátor foukající přes chladič zchladil povrch jejich čipu na přibližně 60 °C, přidání iontového vánku jej zchladilo na 35 °C.
Garimella říká, že protože zařízení používá jako elektrody kovové proužky, na rozdíl od ostřejších špiček, iontový vánek smete větší část čipu – i když nevytváří dostatečný tlak vzduchu k ochlazení čipu bez pomoci ventilátoru.
Iontový vánek čelí tvrdé konkurenci jiných experimentálních technik chlazení čipů. Výrobci počítačů nedávno začali zkoumat kapalinové chlazení, při kterém čerpadlo tlačí vodu nebo jinou kapalinu potrubím. (Tento systém používají počítače Apple Mac Pro.) Většina systémů chlazení kapalinou je však komplikovaná a zvyšuje výrobní náklady; zařízení Purdue by mohlo poskytnout levnější alternativu. Náš vynález nám umožňuje rozšířit výkon vzduchového chlazení, aniž bychom museli přecházet na agresivnější a nákladnější metody, jako je chlazení kapalinou, říká Garimella. Zároveň nepřidáváme žádný objem navíc.
Může se však objevit přístup s nižším objemem chlazení kapalinou Cooligy se sídlem v Mountain View, CA. Společnost vyvíjí technologii chlazení založenou na mikrokanálech licencovanou Stanfordskou univerzitou. Technologie je menší, na čipu verze pump-and-pipe metody cirkulace kapalin. V zařízení Cooligy cirkuluje chladicí kapalina malými kanály vytesanými do křemíkové vrstvy, která je umístěna na počítačovém čipu.
Girish Upadhya, ředitel aplikačního inženýrství ve společnosti Cooligy, opatrně chválí chlazení iontovým vánkem, které nazývá jedinečným přístupem, který může mít specifické aplikace v bodovém chlazení. Má však podezření, že zařízení Purdue by mohlo být obtížné začlenit do počítačových čipů. Nejtěžší je přijít s konkrétním produktem pomocí takového přístupu, říká Upadhya.
Intel, který spolupracoval s výzkumnými pracovníky Purdue, nechává své možnosti otevřené. Společnost také pracovala na podobném přístupu s iontovým čerpadlem s výzkumníky z University of Washington v Seattlu. (Viz Tiny Pump chladí čipy.)
Garimella je však přesvědčena, že zařízení Purdue přinese praktické aplikace. Nejprve jej však vědci budou muset zmenšit a zpevnit. Zařízení je v milimetrovém měřítku a pracujeme na jeho zmenšení na měřítko desítek mikrometrů, říká Garimella. Menší zařízení, říká, může dosáhnout stejného chladicího efektu s nižším napětím. A to, dodává, by technologii učinilo komerčně životaschopnou.