211service.com
Kylning Chips med en Ion Breeze
Elektroder som skickar ett flöde av joniserad luft över ytan på ett kiselchip kan göra kylfläktarna i datorer och bärbara datorer mycket effektivare. Forskare vid Purdue University och Intel fann att en enhet som genererar en jonisk bris håller datorchips 25 ºC kallare än enbart fläktar. Genom att möjliggöra användningen av mindre fläktar kan enheten leda till mer kompakta bärbara datorer.
Sval bris: Infraröda bilder av ett mikrochips yta visar en av de två elektroderna som genererar en svalkande bris av joniserad luft i en ny enhet utvecklad vid Purdue University. I den översta bilden (röd) håller fläktarna chipets yttemperatur på 60 ºC. I den nedre bilden (blå) sänks temperaturen till 35 ºC genom att aktivera elektroderna.
När mikrochips blir överfyllda med fler och fler komponenter, kommer dagens kylningsmetoder inte längre att vara tillräckliga. För närvarande dras värme bort från spån av metallkylflänsar – paneler fästa på uppsättningar av fenor eller stift som maximerar värmeavledande yta. Fläktarna i en dator kyler kylflänsarna och blåser ut den varma luften. Men luftkylningen har sträckts till det yttersta när det gäller sin förmåga att avlägsna värme, säger Suresh Garimella , en mekanisk ingenjörsprofessor vid Purdue. Och dessutom kan fläktar vara skrymmande och bullriga.
Den nya enheten är liten och kan integreras direkt i ett datorchip. Genom att placera den på specifika hot spots på ett chip kan ingenjörer förbättra kylfläktens effektivitet i dessa områden. Det kan leda till mindre fläktar som fungerar lika bra som nuvarande fläktar, säger Garimella, och därmed till tunnare, mindre bärbara datorer. Det slutliga målet är att utveckla kylningstekniker för små bärbara datorer och handdatorer, säger Rajiv Mongia, en forskningsingenjör från Intel som arbetade med Purdue-forskarna på den nya enheten.
Garimella och hans kollegor byggde sitt experimentella kylsystem på ett skenbart datorchip. Systemet består av två elektroder – en tråd av rostfritt stål som fungerar som den positivt laddade anoden och en koppartejp som fungerar som katod – som är åtskilda med några millimeter.
Att applicera en spänning över elektroderna gör att elektroner i luften kolliderar med syre- och kvävemolekyler, tar bort dem från elektroner och skapar positivt laddade joner. Jonerna rör sig mot den negativt laddade katoden, drar med sig omgivande luftmolekyler och skapar en bris. Forskarna fann att medan en fläkt som blåste över en kylfläns kylde ytan på deras chip till cirka 60 ºC, kylde den till 35 ºC genom att lägga till jonbrisen.
Garimella säger att eftersom enheten använder remsor av metall som elektroder, i motsats till skarpare spetsar, sveper jonbrisen en större del av chipet – även om det inte genererar tillräckligt med lufttryck för att kyla chipet utan hjälp av en fläkt.
Jonvinden möter hård konkurrens från andra experimentella chip-kylningstekniker. Datortillverkare har nyligen börjat utforska vätskekylning, där en pump driver vatten eller annan vätska genom rör. (Apples Mac Pro-datorer använder detta system.) Men de flesta vätskekylningssystem är komplicerade och ökar tillverkningskostnaderna; Purdue-enheten kan ge ett billigare alternativ. Vår uppfinning tillåter oss att utöka prestandan för luftkylning utan att behöva byta till mer aggressiva och dyra metoder som vätskekylning, säger Garimella. Samtidigt tillför vi ingen extra volym.
En metod med lägre volym för vätskekylning kan dock komma från Cooligy , baserat i Mountain View, CA. Företaget utvecklar en mikrokanalbaserad kylteknik licensierad från Stanford University. Tekniken är en mindre, on-chip version av pump-and-pipe-metoden för att cirkulera vätskor. I Cooligys enhet cirkulerar kylvätska genom små kanaler utskurna i ett kiselskikt som sitter ovanpå ett datorchip.
Girish Upadhya, chef för applikationsteknik på Cooligy, har försiktigt beröm för jonvindskylning, som han kallar ett unikt tillvägagångssätt som kan ha specifika tillämpningar inom punktkylning. Men han misstänker att Purdue-enheten kan visa sig vara svår att införliva i datorchips. Det svåra är att komma fram till en specifik produkt med ett sådant tillvägagångssätt, säger Upadhya.
Intel, som samarbetade med Purdue-forskarna, håller sina alternativ öppna. Företaget har också arbetat med en liknande jonpumpsmetod med forskare vid University of Washington i Seattle. (Se Tiny Pump Cools Chips.)
Men Garimella är övertygad om att Purdue-enheten kommer att ge praktiska tillämpningar. Först måste forskarna dock göra den mindre och mer robust. Enheten är på millimeterskalan och vi jobbar på att minska den till tiotals mikrometer, säger Garimella. En mindre enhet, säger han, kan uppnå samma kyleffekt med lägre spänningar. Och det, tillägger han, skulle göra tekniken kommersiellt gångbar.