En bärbar dator kyld med jonisk vind

Alla som använder en bärbar dator kommer att känna till det sus som fläkten gör när den startar när processorns temperatur når runt 100 °F. Eftersom bärbara datorer och annan elektronik har blivit mindre och tunnare har forskare börjat leta efter alternativa kylmetoder som ger mindre bulk och är tystare.

Kyl: Dessa infraröda bilder visar Tesseras joniska kylsystem i aktion. Efter att enheten har slagits på bär en luftplym bort värme från systemet.

En ny idé är att kyla ett system genom att använda joner för att trycka luftmolekyler över en het mikroprocessor och därigenom skapa en svalkande bris. Så kallade joniska kylsystem har visats i forskningslabb tidigare, men nu Kort , ett internationellt chipförpackningsföretag baserat i San Jose, CA, har demonstrerat ett joniskt kylsystem integrerat i en fungerande bärbar dator.

Forskare från Tessera och University of Washington presenterade detaljer om det joniska kylsystemet vid IEEE Semi-Therm Symposium i mars. Systemet kan extrahera ungefär 30 procent mer värme från en bärbar dator än en konventionell fläkt kan, och labbtester visar att det potentiellt bara kan förbruka hälften så mycket ström, säger företaget.

Den joniska kylaren är baserad på arbete som ursprungligen utfördes 2006 av Alexander Mamishev , professor i elektroteknik vid University of Washington, och hans kollegor. Förra året licensierade Tessera tekniken och företaget har sedan dess modifierat den för att passa in i en bärbar dator. Förutom att ta bort värme mer effektivt än en fläkt har den tyst drift – inga rörliga delar, säger Mamishev. Det här är en stor milstolpe.

Det tidiga arbetet fokuserade på principer, säger Ken Honer, chef för forskning och utveckling på Tessera. Vi är nu fokuserade på att optimera den och anpassa den i små formfaktorer. Detta inkluderar inte bara bärbara datorer, utan även spelsystem, projektorer och servrar, säger han.

Tesseras utveckling visar verkligen potentialen för EHD-kylning, säger Suresh Garimella , som är professor i elektroteknik vid Purdue och chef för universitetets Cooling Technologies Research Center . Deras resultat är ett positivt steg för denna teknik.

Tesseras joniska kylare sitter nära en ventil inuti den bärbara datorn. Värmeledningar, som överför värme genom avdunstning och kondensering av en vätska, drar bort värme från datorns bearbetningsenheter och mot det joniska kylsystemet. Inuti jonisk kylanordningen finns två elektroder: en som joniserar luftmolekyler som kväve och en annan som fungerar som mottagare för dessa molekyler. När en spänning appliceras mellan de två elektroderna strömmar jonerna från emitterelektroden till kollektorn. När de rör sig trycker deras momentum neutrala luftmolekyler över en het punkt och kyler ner den.

En av huvudutmaningarna med att integrera ett joniskt kylsystem i en bärbar dator var att designa en tillräckligt kompakt spänningsomvandlare som kan omvandla laptopbatteriets 12 volt DC till de cirka 3 000 volt som krävs för att driva kylaren. Med hjälp av en strömkälla från ett kallkatodlysrör kunde ingenjörer på företaget konstruera en försörjning som bara är tre centimeter i kvadrat.

Tessera är inte det enda företaget som ser på jonisk bris som ett sätt att kyla hemelektronik. Forskare vid Garimellas eget labb i Purdue har demonstrerat en liknande teknik, som utvecklas kommersiellt av en startup i ett tidigt skede av Silicon Valley som heter Ventiva.

Ingen av teknikerna är dock helt redo för nästa generations bärbara datorer. En stor utmaning kommer att vara att säkerställa elektrodernas tillförlitlighet. Bärbara datorer är byggda för att fungera i minst 30 000 timmar, och i tidiga tester av jonisk kylsystem korroderade vissa elektrodmaterial för snabbt. Utan att ge några detaljer, på grund av undersökta patent, säger Honer att ingenjörer på företaget har identifierat bättre material och fokuserar på att optimera sin livslängd.

Ett annat hinder för tekniken är ackumuleringen av damm. Honer säger att hans ingenjörer försöker se till att jonkylaren är lika okänslig för damm som en fläkt. Han tillägger att ett sätt att skydda kylaren från potentiellt skadliga partiklar är att använda ett förfilter.

Enligt Craig Mitchell, senior vice president för Interconnect, Components and Materials divisionen av Tessera, planerar företaget att vara beredd att kommersialisera nästa år. Mitchell kunde inte säga hur mycket den joniska kylaren kommer att kosta, men han sa att den skulle vara i kulparken där den måste vara.

Honer varnar dock för att tekniken fortfarande är relativt ung. Det är fortfarande ganska tidigt i sin adoptionskurva, säger han.

Dölj