An der Binghamton University (New York) entwickelten sie eine neue Technologie für Kühlprozessoren, die Wärmeleitpaste eliminiert. Wärmeleitendes Material wird mittels 3D-Druck direkt auf die Oberfläche des Chips aufgebracht. Laut Experten kann ihre Lösung die Betriebstemperatur von Prozessoren in Rechenzentren um 10 ° C senken.
Lassen Sie uns über die Technologie und andere experimentelle Methoden zur Kühlung der CPU sprechen.
/ Fotokünstler Bokeh CC BY-SASo drucken Sie "Metall-Wärmeleitpaste"
Die Entwickler der Technologie haben eine dünne Schicht einer Metalllegierung mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf dem Kristall des Prozessors abgeschieden und mithilfe eines Lasers Kanäle für das darin enthaltene Kühlmittel „gedruckt“. Hierzu wurde das
selektive Lasersinterverfahren eingesetzt.
Eine Schicht aus Metallpulver ist gleichmäßig auf der Siliziumoberfläche verteilt. Dann wird der Laser eingeschaltet und der von den sich bewegenden Spiegeln geleitete Strahl verschmilzt die Partikel gemäß dem erzeugten 3D-Modell. Der Vorgang wird viele Male wiederholt - bei jeder Iteration werden verschiedene Abschnitte des Endprodukts gebildet. Das Lasersintern selbst
erfolgt in weniger als einer Sekunde.
Die auf den Chip aufgebrachte Legierung besteht aus Titan, Zinn und Silber. Die letzten beiden werden benötigt, um den Schmelzpunkt des Materials zu verringern. Somit bleibt das Metall länger im flüssigen Zustand, was dazu beiträgt, eine Verformung der Schicht aufgrund einer scharfen Aushärtung zu vermeiden.
Durch selektives Lasersintern konnte eine Metallschicht gebildet werden, die tausendmal dicker war als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Dadurch kann das Kühlmittel überschüssige Wärme direkt vom Chip aufnehmen und macht Wärmeleitpaste überflüssig.
Was kann diese Technologie
Fachleuten gelang es, eine Legierung mit einer
Wärmeleitfähigkeit von 39 W / (m • K) zu erhalten, die siebenmal besser ist als andere Materialien für
thermische Grenzflächen - Wärmeleitpaste oder Polymerverbindungen. Dadurch konnte die Temperatur des Chips im Vergleich zu anderen Kühlsystemen um 10 ° C gesenkt werden.
Die neue Technologie soll zwei Probleme lösen: Reduzierung der Energiekosten in Rechenzentren und Verlängerung der Lebensdauer von Prozessoren (da diese weniger überhitzen). Laut den Entwicklern wird die Erfindung den Energieverbrauch globaler Rechenzentren um 5% senken und es der IT-Branche ermöglichen, jährlich bis zu 438 Millionen US-Dollar einzusparen.
Bisher wurde die Technologie nur unter Laborbedingungen getestet und es ist nicht bekannt, wie sie in realen Rechenzentren funktionieren wird. In naher Zukunft planen die Forscher jedoch, ihre Technologie zu patentieren und die erforderlichen Tests durchzuführen.
Wer experimentiert noch mit Chipkühlung?
Nicht nur an der Binghamton University wird an Chipkühlungstechnologien gearbeitet. Ihre Kollegen von der University of California synthetisierten erstmals hochreine Borarsenidkristalle mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Der erhaltene Wert lag nahe bei 1300 W / (m · K), während er für Diamant (der als einer der Verfechter der Wärmeleitfähigkeit gilt) 1000 W / (m · K) beträgt.
Die neue Technologie wird effiziente Wärmeableitungssysteme in der Elektronik und Photonik schaffen. Hierzu ist es jedoch erforderlich, eine Reihe von Problemen zu lösen. Es ist schwierig, Borarsenid im industriellen Maßstab zu erhalten - bei der Synthese von Kristallen treten häufig Defekte auf, und bei der Herstellung des Materials werden toxische Arsenverbindungen verwendet.
Forscher der University of California arbeiten auch daran, das Problem der Wärmeableitung von Prozessoren zu lösen. Sie
schlugen vor , die Struktur des Chips selbst zu ändern. Die Idee ist, eine Siliziumkristallstruktur zu schaffen, in der Phononen (Quasiteilchen, die Wärme übertragen) Wärme mit maximaler Geschwindigkeit übertragen.
Ihre Technologie heißt "Lochsilizium". In die Platte werden winzige Löcher mit einem Durchmesser von 20 nm gebohrt, die die Wärmeabfuhr beschleunigen. Bei optimaler Lage der Löcher
steigt die Wärmeleitfähigkeit des Siliziumwafers
um 30%.
Diese Methode ist noch weit von der Implementierung entfernt - nur das Modell ist bereit. Der nächste Schritt besteht darin, das Potenzial der Technologie und die Möglichkeit der Anwendung in realen Systemen zu untersuchen.
/ Foto PxHere PDWas weiter
Die praktische Umsetzung neuer Wärmeabfuhrtechnologien ist noch weit entfernt. Alle befinden sich entweder in der Konzeptphase oder in der Prototyping-Phase. Obwohl sie ein gutes Potenzial haben, besteht keine Notwendigkeit, über ihre weit verbreitete Einführung in den Markt für Rechenzentren zu sprechen.
Aus diesem Grund
experimentieren Rechenzentren jetzt mit anderen Kühlmethoden. Einer der neuesten Trends ist die
Flüssigkeitskühlung . Laut einer Umfrage des Uptime Institute haben 14% der Rechenzentren weltweit die Technologie bereits implementiert. Experten gehen davon aus, dass diese Zahl in Zukunft aufgrund einer Zunahme der Gerätedichte im Rechenzentrum zunehmen wird. Da bei einer großen Anzahl benachbarter Server die Luftkühlung schwieriger ist.
Ein weiterer
Trend sind
KI-Systeme zur Steuerung der Klimaanlage eines Rechenzentrums. Nach Angaben von Forschungseinrichtungen verwenden bereits 15 bis 25% der Rechenzentren solche Algorithmen für maschinelles Lernen. Und es wird erwartet, dass in Zukunft die Popularität intelligenter Technologien im Rechenzentrum nur noch zunehmen wird.
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