Kovem chlazená výpočetní technika

V mnoha ohledech platí Moorův zákon – slavná předpověď Gordona Moora, spoluzakladatele výrobce čipů Intel, že složitost mikroprocesorů poroste exponenciálně bez zvýšení ceny – již čtyři desetiletí. Ale tato složitost přišla se skrytými náklady: teplo.





Balení stále více komponent a obvodů na čip vyžaduje více elektrické energie pro jeho provoz. A většina této energie se promění v teplo, takže nejnovější čipy mohou rychle překročit 100 stupňů Celsia, pokud nejsou správně chlazeny.

Problém je tak vážný, že Intel minulý rok zrušil projekt vysokorychlostního CPU, částečně proto, že nenašel žádný praktický způsob, jak ochladit energeticky náročné čipy (viz doprovodný notebook). Přehřáté čipy nefungují spolehlivě, což může vést k selhání počítače, poškozeným souborům, grafickým závadám a dokonce k trvalému poškození.

Existuje velká poptávka po kompaktních, nákladově efektivních řešeních chlazení, říká Suresh V. Garimella, ředitel Výzkumného centra chladicích technologií na Purdue University v Indianě. Fanoušci tradičně sloužící k chlazení osobních počítačů podle něj narážejí na své limity.



Jedno potenciální řešení tohoto rostoucího problému je častěji spojováno s jadernými reaktory: chlazení tekutých kovů. Tato technologie, vedená společností NanoCoolers, startupem v Austinu, TX, využívá neobvyklou sloučeninu kovů, která zůstává kapalná při pokojové teplotě. V současné době jejich směs gallia a india (a špetka cínu) volně proudí při teplotách nad 7 stupňů C. A podle produktového manažera Micka Wilcoxe by nový vzorec mohl klesnout až na mínus 10 stupňů C.

Tato technologie je jedním z řady nových a slibných řešení chlazení, která jsou v poslední době navrhována a využívána, říká Garimella.

Tekutý kov proudí ve smyčce kolem počítače nebo grafické karty. Nejprve odebírá teplo z horní části zahřátého čipu. Poté je kapalina čerpána potrubím do radiátoru (obvykle s ventilátorem), kde se teplo uvolňuje do vzduchu. Nakonec ochlazená kapalina cirkuluje zpět k čipu.



Čerpadlo, které pohybuje tekutým kovem v systému, je jednou z hlavních výhod vynálezu oproti konkurenční technologii, vodnímu chlazení. Čerpadlo využívá kovové povahy chladicí kapaliny a tlačí kapalinu elektromagneticky. Na rozdíl od vodního chlazení tento proces nevyžaduje žádné pohyblivé části, spotřebovává málo energie a je tichý. V patentové přihlášce NanoCoolers dokonce navrhuje napájet čerpadlo výhradně z odpadního tepla produkovaného počítačem. Zatímco sloučenina tekutého kovu je netoxická, podle Wilcoxe je korozivní pro některé kovy, zejména hliník.

Přitažlivost samotného tekutého kovu spočívá v jeho vynikajícím vedení tepla. Podle technologie Sapphire, která přijala vynález NanoCoolers pro grafickou kartu PC, je 65krát tepelně vodivější než voda – a 1600krát lepší než chlazení vzduchem.

Stručně řečeno, tekutý kov je schopen rychleji absorbovat teplo, a tím rychleji ochlazovat třísky. Tato vlastnost vedla k jeho použití jako konečného chladiva v některých jaderných reaktorech, které jsou chlazeny kapalným sodíkem nebo draslíkem, a také při výrobě vysoce kvalitních strojních součástí, jako jsou lopatky plynových turbín, kde jsou součásti rychle ochlazovány. do 660 C s roztaveným hliníkem, aby se zabránilo vzniku defektů.



[Tekuté kovy] by jistě mohly poskytnout vyšší chladicí kapacitu, říká Garimella. Pokud jde o jejich praktické aplikace, je však opatrnější: [je to] do značné míry funkcí toho, jak jsou implementovány, a řízení tepelného odporu v obalu.

Otázkou skutečně zůstává, zda potíže s implementací zabrání této nové technologii stát se praktickým řešením chlazení pro PC. Jeden konkurent se domnívá, že použití technologie tekutých kovů Sapphire Technology má více společného s marketingem. Kvůli zvýšeným nákladům, velikosti a hmotnosti chladiče si nemyslíme, že je tato technologie připravena na trh, říká Lester Lau, mluvčí konkurenčního výrobce grafických karet, Abit Computer, z Tchaj-wanu. Marketingová hodnota je zajímavá, ale zdá se, že nevýhody v tomto bodě převažují nad výhodami.

Skeptický je i odborník z oboru. Je to velký skok, protože představuje tolik nových komponent, které nejsou osvědčené, říká Monem Alyaser, ředitel Applied Thermal Technologies, inženýrské poradenské společnosti se sídlem v Santa Clara, která pomáhala s tepelným designem pro Xbox 360 od Microsoftu a Apple Powerbook Titanium. Alyaser věří, že vodní chlazení by bylo lepším dalším krokem pro PC průmysl, protože je vyzkoušeno a testováno (existuje od té doby, co byly v autech chladiče).



Mick Wilcox z NanoCoolers oponuje, že tekutý kov má oproti vodnímu chlazení značné výhody, včetně jeho tiššího a spolehlivějšího elektromagnetického čerpadla, a také fakt, že má stejnou nebo lepší chladicí schopnost.

V současné době téměř všechny produkty na trhu PC využívají chlazení vzduchem. Naproti tomu vodní chlazení je omezeno na sady pro nadšence. V testech s notebookem Wilcox říká, že technologie NanoCooler je asi o třicet procent účinnější než systém chlazení vzduchem s tepelnou trubicí a o pět procent lepší než vodní chlazení.

Jistě, tato čísla jsou podstatně nižší, než se očekávalo, vzhledem k vysoké tepelné vodivosti tekutého kovu. Problém, říká Wilcox, je dostat teplo z tekutého kovu předtím, než je cirkulováno zpět na čip. V konečném důsledku to znamená použití radiátoru nebo ventilátoru k vypouštění tepelné energie do okolní atmosféry, což je stejný způsob, jaký se používá ve vodních a vzduchových chladicích systémech.

Ve skutečnosti NanoCoolers soustředí své zdroje také na další technologie chlazení, zejména na tenkovrstvou verzi tradiční termoelektriky s vysokou hustotou, která má být použita pro různé spotřebitelské produkty.

Mezitím výrobce grafických čipů Sapphire říká, že letos v létě pošle svou kovem chlazenou grafickou kartu Blizzard recenzentům do časopisů a online publikací – první veřejná demonstrace kovem chlazené technologie v PC.

Zdroje:

skrýt