Metalkølet databehandling

På mange måder har Moores lov – den berømte forudsigelse fra Gordon Moore, medstifter af chipproducenten Intel, om, at mikroprocessorkompleksiteten vil vokse eksponentielt uden en stigning i prisen – holdt i fire årtier. Men den kompleksitet har en skjult pris: varme.





At pakke flere og flere komponenter og kredsløb på en chip kræver mere elektrisk strøm til at køre den. Og det meste af den kraft bliver til varme, så de nyeste chips hurtigt kan overstige 100 grader, hvis de ikke er ordentligt afkølet.

Problemet er ved at blive så alvorligt, at Intel sidste år annullerede et højhastigheds-CPU-projekt, delvist fordi det ikke fandt nogen praktisk måde at køle de energiforbrugende chips på (se den medfølgende Notebook). Overophedede chips fungerer ikke pålideligt, hvilket muligvis fører til computernedbrud, ødelagte filer, grafiske fejl og endda permanent skade.

Der er stor efterspørgsel efter kompakte, omkostningseffektive køleløsninger, siger Suresh V. Garimella, direktør for Cooling Technologies Research Center ved Purdue University i Indiana. Ifølge ham er de fans, der traditionelt bruges til at køle personlige computere, ved at nå deres grænser.



En potentiel løsning på dette voksende problem er mere almindeligt forbundet med atomreaktorer: flydende metalkøling. Med NanoCoolers i spidsen, en startup i Austin, TX, udnytter teknologien en usædvanlig sammensætning af metaller, der forbliver flydende ved stuetemperatur. I øjeblikket flyder deres blanding af gallium og indium (og en knivspids tin) frit ved temperaturer over 7 grader C. Og en ny formel kunne gå helt ned til minus 10 grader C, ifølge produktchef Mick Wilcox.

Denne teknologi er en blandt en række nye og lovende køleløsninger, som er blevet foreslået og forfulgt på det seneste, siger Garimella.

Det flydende metal flyder i en løkke rundt om en pc eller et grafikkort. Først optager den varme fra toppen af ​​den opvarmede chip. Derefter bliver væsken pumpet gennem rør til en radiator (normalt med en blæser der blæser på), hvor varmen frigives til luften. Til sidst cirkulerer den afkølede væske tilbage til chippen.



Pumpen, der flytter det flydende metal rundt i systemet, er en af ​​opfindelsens største fordele i forhold til en rivaliserende teknologi, vandkøling. Ved at drage fordel af kølevæskens metalliske natur skubber pumpen væsken rundt elektromagnetisk. I modsætning til vandkøling kræver processen ingen bevægelige dele, bruger lidt strøm og er lydløs. I en patentansøgning foreslår NanoCoolers endda at drive pumpen udelukkende fra spildvarmen produceret af computeren. Mens den flydende metalforbindelse er ugiftig, er den ifølge Wilcox ætsende for nogle metaller, især aluminium.

Tiltrækningen af ​​flydende metal i sig selv er dets fremragende varmeledning. Ifølge Sapphire Technology, som har adopteret NanoCoolers-opfindelsen til et pc-grafikkort, er det 65 gange mere termisk ledende end vand – og 1.600 gange bedre end luftkøling.

Kort sagt er flydende metal i stand til at optage varme hurtigere og dermed køle spåner hurtigere ned. Denne egenskab har ført til dens anvendelse som ultimativ kølevæske i nogle atomreaktorer, som køles med flydende natrium eller kalium, samt i fremstillingen af ​​højkvalitets maskinkomponenter, såsom gasturbinevinger, hvor komponenterne hurtigt afkøles. til 660 C med smeltet aluminium for at forhindre dannelse af defekter.



[Flydende metaller] kunne helt sikkert give højere kølekapacitet, siger Garimella. Med hensyn til deres praktiske anvendelser er han dog mere forsigtig: [Det er] meget en funktion af, hvordan de implementeres, og den kontrollerende termiske modstand i pakken.

Spørgsmålet er faktisk stadig, om vanskeligheder med implementering vil forhindre denne nye teknologi i at blive en praktisk køleløsning til pc'en. En konkurrent mener, at Sapphire Technologys brug af flydende metalteknologi har mere at gøre med markedsføring. På grund af de øgede omkostninger, størrelse og vægt af køleren, tror vi ikke, at denne teknologi er klar til markedet, siger Lester Lau, talsmand for en rivaliserende grafikkortproducent, Abit Computer, fra Taiwan. Markedsføringsværdien er spændende, men ulemperne synes at opveje fordelene på dette tidspunkt.

En brancheekspert er også skeptisk. Det er et stort spring, der introducerer så mange nye komponenter, som ikke er bevist, siger Monem Alyaser, direktør for Applied Thermal Technologies, et Santa Clara-baseret ingeniørfirma, der har assisteret i termisk design til Microsofts Xbox 360 og Apple Powerbook Titanium. Alyaser mener, at vandkøling ville være et bedre næste skridt for pc-industrien, fordi det er afprøvet og testet (det har eksisteret, så længe der har været radiatorer i biler).



NanoCoolers’ Mick Wilcox imødegår, at flydende metal har væsentlige fordele i forhold til vandkøling, herunder dens mere støjsvage og mere pålidelige elektromagnetiske pumpe, samt det faktum, at den har samme eller bedre køleevne.

I øjeblikket bruger næsten alle produkter på pc-markedet luftkøling. I modsætning hertil er vandkøling begrænset til kits til entusiaster. I test med en bærbar computer siger Wilcox, at NanoCoolers teknologi er omkring tredive procent mere effektiv end et varmerørsluftkølesystem og fem procent bedre end vandkøling.

Sådanne tal er ganske vist betydeligt lavere end forventet på grund af flydende metals høje varmeledningsevne. Problemet, siger Wilcox, er at få varmen ud af det flydende metal, før det cirkuleres tilbage til chippen. I sidste ende betyder det at bruge en radiator eller ventilator til at dumpe varmeenergien ud i den omgivende atmosfære, den samme metode, der bruges i vand- og luftkølesystemer.

Faktisk fokuserer NanoCoolers også sine ressourcer på andre køleteknologier, især en tyndfilm, højdensitetsversion af traditionel termoelektrik, der skal bruges til forskellige forbrugerprodukter.

I mellemtiden siger grafikchipproducenten Sapphire, at den vil sende sit metal-væskekølede Blizzard-grafikkort til anmeldere på magasiner og onlinepublikationer denne sommer - den første offentlige demonstration af metalkølet teknologi i en pc.

Kilder:

skjule