Metallkyld datoranvändning

På många sätt har Moores lag – den berömda förutsägelsen av Gordon Moore, medgrundare av chiptillverkaren Intel, att mikroprocessorkomplexiteten kommer att växa exponentiellt utan en ökning av priset – hållit i fyra decennier. Men den komplexiteten har kommit med en dold kostnad: värme.





Att packa fler och fler komponenter och kretsar på ett chip kräver mer elektrisk kraft för att driva det. Och det mesta av den kraften förvandlas till värme, så att de senaste chipsen snabbt kan överstiga 100 grader, om de inte kyls ordentligt.

Problemet börjar bli så allvarligt att Intel förra året avbröt ett höghastighets-CPU-projekt, delvis för att det inte hittade något praktiskt sätt att kyla ner de energikrävande chipsen (se medföljande Notebook). Överhettade chips fungerar inte tillförlitligt, vilket kan leda till datorkraschar, skadade filer, grafiska fel och till och med permanent skada.

Det finns en stor efterfrågan på kompakta, kostnadseffektiva kyllösningar, säger Suresh V. Garimella, chef för Cooling Technologies Research Center vid Purdue University i Indiana. Enligt honom når fläktarna som traditionellt används för att kyla persondatorer sina gränser.



En potentiell lösning på detta växande problem är oftare förknippad med kärnreaktorer: kylning av flytande metall. Med NanoCoolers i spetsen, en startup i Austin, TX, drar teknologin fördel av en ovanlig förening av metaller som förblir flytande vid rumstemperatur. För närvarande flyter deras blandning av gallium och indium (och en nypa tenn) fritt vid temperaturer över 7 grader C. Och en ny formel kan gå så lågt som minus 10 grader C, enligt produktchef Mick Wilcox.

Den här tekniken är en bland ett antal nya och lovande kyllösningar som har föreslagits och eftersträvats på sistone, säger Garimella.

Den flytande metallen flyter i en slinga runt en PC eller ett grafikkort. Först tar den upp värme från toppen av det uppvärmda chipet. Därefter pumpas vätskan genom rör till en radiator (vanligtvis med en fläkt som blåser på den), där värmen släpps ut i luften. Slutligen cirkulerar den kylda vätskan tillbaka till chipet.



Pumpen som flyttar den flytande metallen runt i systemet är en av uppfinningens främsta fördelar jämfört med en rivaliserande teknologi, vattenkylning. Genom att dra fördel av kylvätskans metalliska natur, trycker pumpen runt vätskan elektromagnetiskt. Till skillnad från vattenkylning kräver processen inga rörliga delar, förbrukar lite ström och är tyst. I en patentansökan föreslår NanoCoolers till och med att driva pumpen enbart från spillvärmen som produceras av datorn. Medan den flytande metallföreningen är ogiftig, enligt Wilcox, är den frätande för vissa metaller, särskilt aluminium.

Attraktionen av flytande metall i sig är dess utmärkta värmeledning. Enligt Sapphire Technology, som har anammat NanoCoolers-uppfinningen för ett PC-grafikkort, är det 65 gånger mer termiskt ledande än vatten – och 1 600 gånger bättre än luftkylning.

Kort sagt, flytande metall kan absorbera värme snabbare och därmed kyla ner flis snabbare. Denna egenskap har lett till att den används som ett ultimat kylmedel i vissa kärnreaktorer, som kyls med flytande natrium eller kalium, samt vid tillverkning av högkvalitativa maskinkomponenter, såsom gasturbinblad, där komponenterna kyls snabbt ned. till 660 C med smält aluminium för att förhindra bildandet av defekter.



[Flytande metaller] skulle säkert kunna ge högre kylkapacitet, säger Garimella. När det gäller deras praktiska tillämpningar är han dock mer försiktig: [Det är] mycket en funktion av hur de implementeras och det styrande termiska motståndet i paketet.

Faktum är att frågan kvarstår om svårigheter med implementeringen kommer att hindra denna nya teknik från att bli en praktisk kyllösning för PC:n. En konkurrent tror att Sapphire Technologys användning av flytande metallteknologi har mer att göra med marknadsföring. På grund av kylarens ökade kostnad, storlek och vikt tror vi inte att den här tekniken är redo för marknaden, säger Lester Lau, talesperson för en rivaliserande grafikkortstillverkare, Abit Computer, från Taiwan. Marknadsföringsvärdet är spännande, men nackdelarna verkar överväga fördelarna vid det här laget.

En branschexpert är också skeptisk. Det är ett stort hopp, som introducerar så många nya komponenter som inte är bevisade, säger Monem Alyaser, chef för Applied Thermal Technologies, en Santa Clara-baserad ingenjörskonsult som har hjälpt till med termisk design för Microsofts Xbox 360 och Apple Powerbook Titanium. Alyaser tror att vattenkylning skulle vara ett bättre nästa steg för PC-industrin, eftersom det är beprövat (det har funnits så länge som det har funnits kylare i bilar).



NanoCoolers Mick Wilcox motarbetar att flytande metall har betydande fördelar jämfört med vattenkylning, inklusive dess tystare och mer pålitliga elektromagnetiska pump, samt att den har samma eller bättre kylförmåga.

För närvarande använder nästan alla produkter på PC-marknaden luftkylning. Däremot är vattenkylning begränsad till kit för entusiaster. I tester med en bärbar dator säger Wilcox att NanoCoolers teknologi är ungefär trettio procent effektivare än ett luftkylningssystem för värmerör och fem procent bättre än vattenkylning.

Förvisso är sådana siffror betydligt lägre än förväntat, med tanke på den höga värmeledningsförmågan hos flytande metall. Problemet, säger Wilcox, är att få ut värmen från den flytande metallen innan den cirkuleras tillbaka till chipet. I slutändan betyder det att man använder en radiator eller fläkt för att dumpa värmeenergin i den omgivande atmosfären, samma metod som används i vatten- och luftkylningssystem.

Faktum är att NanoCoolers fokuserar sina resurser på andra kyltekniker också, särskilt en tunnfilmsversion med hög densitet av traditionell termoelektrisk för att användas en mängd olika konsumentprodukter.

Samtidigt säger grafikchipstillverkaren Sapphire att de kommer att skicka sitt metallvätskekylda Blizzard-grafikkort till recensenter i tidningar och onlinepublikationer i sommar – den första offentliga demonstrationen av metallkyld teknik i en PC.

Källor:

Dölj