211service.com
Kølende Chips med en Ion Breeze
Elektroder, der sender en strøm af ioniseret luft over overfladen af en siliciumchip, kan gøre køleventilatorerne i computere og bærbare computere meget mere effektive. Forskere ved Purdue University og Intel fandt ud af, at en enhed, der genererer en ionisk brise, holder computerchips 25 ºC køligere end fans alene. Ved at muliggøre brugen af mindre blæsere kan enheden føre til mere kompakte bærbare computere.
Kølig brise: Infrarøde billeder af en mikrochips overflade viser en af de to elektroder, der genererer en kølende brise af ioniseret luft i en ny enhed udviklet ved Purdue University. På det øverste billede (rødt) holder ventilatorer chippens overfladetemperatur på 60 ºC. På det nederste billede (blå) bringer aktivering af elektroderne temperaturen ned til 35 ºC.
Efterhånden som mikrochips bliver fyldt med flere og flere komponenter, vil nutidens kølemetoder ikke længere være tilstrækkelige. I øjeblikket trækkes varme væk fra spåner af metalkøleplader – paneler, der er fastgjort til rækker af finner eller spidser, der maksimerer varmeafledende overfladeareal. Ventilatorerne i en computer afkøler kølepladerne og blæser den varme luft ud. Men luftkøling er blevet strakt til det yderste i sin kapacitet til varmefjernelse, siger Suresh Garimella , en mekanisk ingeniørprofessor ved Purdue. Og desuden kan fans være omfangsrige og støjende.
Den nye enhed er lille og kan integreres direkte i en computerchip. Ved at placere den på specifikke hot spots på en chip, kunne ingeniører forbedre køleventilatorens effektivitet i disse områder. Det kan føre til mindre blæsere, der fungerer lige så godt som nuværende blæsere, siger Garimella, og dermed til tyndere, mindre bærbare computere. Det endelige mål er at udvikle køleteknologier til små notebooks og håndholdte computere, siger Rajiv Mongia, en Intel-forskningsingeniør, der arbejdede med Purdue-forskerne på den nye enhed.
Garimella og hans kolleger byggede deres eksperimentelle kølesystem på en falsk computerchip. Systemet består af to elektroder - en ledning af rustfrit stål, der fungerer som den positivt ladede anode, og et kobberbånd, der fungerer som katoden - der er adskilt med nogle få millimeter.
Påføring af en spænding over elektroderne får elektroner i luften til at kollidere med ilt- og nitrogenmolekyler, fjerner dem for elektroner og skaber positivt ladede ioner. Ionerne bevæger sig mod den negativt ladede katode, trækker omgivende luftmolekyler med sig og skaber en brise. Forskerne fandt ud af, at mens en blæser, der blæste over en køleplade, afkølede overfladen af deres chip til omkring 60 ºC, kølede ionbrisen den ned til 35 ºC.
Garimella siger, at fordi enheden bruger strimler af metal som elektroder, i modsætning til skarpere spidser, fejer ionbrisen en større del af chippen - selvom den ikke genererer nok lufttryk til at afkøle chippen uden hjælp fra en ventilator.
Ionbrisen står over for hård konkurrence fra andre eksperimentelle spånafkølingsteknikker. Computerproducenter er for nylig begyndt at udforske væskekøling, hvor en pumpe skubber vand eller en anden væske gennem rør. (Apples Mac Pro-computere bruger dette system.) Men de fleste væskekølesystemer er komplicerede og øger produktionsomkostningerne; Purdue-enheden kunne give et billigere alternativ. Vores opfindelse giver os mulighed for at udvide ydeevnen af luftkøling uden at skulle skifte til mere aggressive og dyre metoder såsom væskekøling, siger Garimella. Samtidig tilføjer vi ikke noget ekstra volumen.
En lavere volumen tilgang til væskekøling kan dog komme fra Cooligy , baseret i Mountain View, CA. Virksomheden udvikler en mikrokanal-baseret køleteknologi licenseret fra Stanford University. Teknologien er en mindre, on-chip version af pumpe-og-rør-metoden til at cirkulere væsker. I Cooligys enhed cirkulerer kølevæske gennem bittesmå kanaler, der er skåret ind i et siliciumlag, der sidder på toppen af en computerchip.
Girish Upadhya, direktør for applikationsingeniør hos Cooligy, har forsigtig ros for ion-breeze-køling, som han kalder en unik tilgang, som kan have specifikke anvendelser inden for punktkøling. Men han har mistanke om, at Purdue-enheden kan vise sig at være svær at inkorporere i computerchips. Den svære del er at komme med et specifikt produkt ved hjælp af sådan en tilgang, siger Upadhya.
Intel, som samarbejdede med Purdue-forskerne, holder sine muligheder åbne. Virksomheden har også arbejdet på en lignende ionpumpe-tilgang med forskere ved University of Washington i Seattle. (Se Tiny Pump Cools Chips.)
Men Garimella er overbevist om, at Purdue-enheden vil give praktiske anvendelser. Først skal forskerne dog gøre det mindre og mere robust. Enheden er på millimeterskalaen, og vi arbejder på at reducere den til skalaen på titusinder af mikrometer, siger Garimella. En mindre enhed, siger han, kan opnå den samme køleeffekt med lavere spændinger. Og det, tilføjer han, ville gøre teknologien kommercielt levedygtig.