211service.com
Lille pumpe køler chips
Forskere har bygget en lille siliciumbaseret enhed, der effektivt kan afkøle en overflade, hvilket giver en ny, mere effektiv måde at afkøle mikrochips på. Den nye enhed, designet og fremstillet af ingeniører ved Intel, University of Washington i Seattle og Belmont, MA-baseret Kronos avancerede teknologier , bruger ioniseret luft og et elektrisk felt til at afkøle overfladen.
Infrarøde billeder viser, hvordan en ny mikrokøleanordning bruger ioner og et elektrisk felt til at afkøle en opvarmet overflade. Øverst: ionpumpen er slukket. Nederst: pumpen er tændt. (Kredit: University of Washington)
Computere varmer op med hver ny generation af chips, efterhånden som flere og flere varmeproducerende transistorer er proppet på dem. Faktisk siger eksperter, at i slutningen af dette årti vil den klassiske køleløsning – at bruge metalkøleplader til at trække varme væk fra chips og en roterende blæser til at afkøle kølepladerne og skubbe den varme luft ud af computere – ikke længere være godt nok.
Især blæserteknologi er svær at forbedre. Der er ikke meget mere, der kan gøres for at optimere [fans], siger Alex Mamishev , professor i elektroteknik ved University of Washington, der ledede udviklingen af den nye teknologi. Den spånkølende ionpumpe, som Mamishev og kolleger foreslår, er meget mindre end køleplader og blæsere, og da den er lavet af silicium, kan den i sidste ende integreres i spånfremstillingsprocessen, hvilket gør den potentielt mere økonomisk. Derudover, hvis den sættes til en køleplade, kan ionpumpen afkøle chips til lavere temperaturer, end det er muligt i øjeblikket med standardventilatorer.
Forskerne afkølede et sted på en overflade, der omfattede et par kvadratmillimeter i areal, med 25 grader Celsius. Spændingen, der føres gennem elektrodespidsen, som sidder et par millimeter over kollektorelektroden, kan modificeres for at afkøle chippen til forskellige temperaturer eller for at justere området, der er afkølet, siger Mamishev.
Pumpen har to grundlæggende dele. En elektrodespids udsender en højspænding, der fjerner elektroner fra molekyler af oxygen og nitrogen i luften og ioniserer dem. Disse positivt ladede ioner strømmer derefter fra spidsen til en negativt ladet kollektorelektrode. Mens ionerne strømmer til kollektorelektroden, trækker de den omgivende luft med sig, hvilket skaber en nettostrøm af luft, forklarer Stephen Montgomery, en senior systemingeniør hos Intel, som arbejdede på projektet.
Intel, som er en førende forsker inden for avanceret chipteknologi, kigger på en række metoder til afkøling af fremtidige chips. Men Montgomery siger, at enheden udviklet ved University of Washington er en af de mere lovende teknologier. Den afkøling, siger Montgomery, kan udføres med ret høj effektivitet og lav effekt, og den er skalerbar, hvilket betyder, at den let kunne masseproduceres, hvilket gør det nemmere at integrere i et stort antal chips.
En anden avanceret metode til afkøling af chips involverer at bruge rør til at pumpe flydende kølevæske gennem hele systemet, svarende til den måde, en bils motor afkøles på. Apples nye Mac Pro stationære computer bruger for eksempel en pumpe, der skubber vand gennem rør. Men disse vandkølingssystemer er komplekse og dyre, siger Mamishev.
Ionpumpen er en potentielt vigtig forbedring, siger Thomas Kenny , professor i maskinteknik ved Stanford University. Men han tilføjer, at det stadig er uvist, om systemet vil stå over for økonomiske og tekniske udfordringer svarende til dem med vandkølede systemer.
Mamishevs team er ikke alene i brugen af ionpumper til at køle chips. Lignende teknologi udviklet ved Purdue University i West Lafayette, IN, bliver kommercialiseret af en startup kaldet Thorrn Micro Technologies . Deres tilgang er at bruge metaltråde i stedet for en siliciumspids, siger Suresh Garimella, professor i maskinteknik ved Purdue. Påføring af en stærk spænding langs ledningen skaber et elektrisk felt, der ioniserer luft langs dens længde, ikke kun ved spidsen, forklarer han. Virksomheden er ved at udvikle et system til køling af bærbare computere og andre bærbare enheder.
Mamishev siger, at der vil være udfordringer med hans gruppes teknologi, når de forsøger at integrere en ionpumpe i et faktisk produkt. På grund af de høje spændinger, der bruges til at generere køleeffekten, kan der være en ophobning af statisk ladning, hvilket hindrer enhedens ydeevne, eller spændingen kan nedbryde isolationen i dele af kredsløbet. Man skal passe på, siger han. Gruppen skal også lave tests for at bestemme ionpumpens levetid og pålidelighed.
Forskerne er i øjeblikket ved at udvikle en prototype af ionpumpe, som er indbygget i en køleplade. Mamishev forventer, at teknologien er klar til kommercialisering på servere, stationære computere og bærbare computere inden for to år.