Hőtermelés

Integrált hűtés chipekben eddig is létezett, de nagyon bonyolult gyártási folyamatot igényelt, ami az árban is jelentkezett. A lausanne-i Politechnikai Egyetem tudósai rájöttek, hogy ha egy félvezető áramkörbe integrált mikro-csatornarendszert készítenek, melyben a csatornák épp a chipek aktív területei alatt helyezkednek el, akkor rendkívül hatékony hűtési megoldáshoz juthatnak.

Az áramkörök melegedése korlátozza Moore törvényeit, mely szerint a mikrochipek és a tranzisztorok egyre kisebbek lesznek, a teljesítményük pedig folyamatosan nő. Mindeközben rengeteg hő keletkezik, és ha nem kezeljük ezt, a mikrochipek miniatürizálása komoly akadályokba ütközhet.

„Ezeket a mikro-folyadékcsatornákat a tranzisztor leginkább melegedő részei alatt építettük ki, így a keletkező hőmennyiség azonnal elvezethető, mielőtt a chip más részei felmelegednének”

– mondta el Elison Matioli, a lausanne-i Politechnikai Egyetem professzora. "Hűtőközegként desztillált vizet használtunk a kísérleteinkhez, és egyéb, hatékonyabb hűtőfolyadékokat is teszteltünk, melyek talán még ennél is jobban képesek elvezetni a hőt a tranzisztorok mellől” – tette hozzá Remco Van Erp doktorandusz. A kutatók a Nature-ben számoltak be a fejlesztésekről.

Egy energiafelhasználási jelentés szerint 2020-ban az USA adatközpontjai várhatóan 73 milliárd kilowattóra energiát fogyasztanak majd összesen. Kilowattóránként hét és fél liter vízzel számolva a hűtéshez idén 220 000 olimpiai méretű vízmedence vize szükséges. Az erőforrás-felhasználás vagy ha úgy tetszik hatékonyság ilyen alacsony szintjét megdöbbentőnek nevezi egy Nature folyóiratban megjelent új tanulmány is. Kiemelten fontosságú tehát egy jobb, fenntarthatóbb modell kialakítása.

"A legjelentősebb kutatási erőfeszítések a hőforrás és a hűtőfolyadék közötti hőút javítására összpontosultak. A hőelvonási képességet alapvetően korlátozza a félvezető, és a burkolat közötti hőellenállás" - írta Tiwei Wei gépészmérnök, a tanulmány egyik szerzője.

AC/DC

A tervek teszteléséhez egy olyan elektronikus alkatrészt használtak, mely a váltakozó áramú villamos energiát egyenárammá alakította. A beágyazott vízhűtés nélküli hasonló alkatrészhez képest, a kutatók lényegesen nagyobb hatékonyságot mértek, a rendszer hűtőteljesítménye akár 50-szer nagyobb volt, mint a hagyományos modelleknél.

A jövőben a hűtőközeg fejlesztésén kell majd dolgozni, hiszen a víz mint hűtőrendszer nem jelenthet hosszú távú megoldást, tekintettel arra, hogy az elektronika és a víz általában nem jó párosítás. "A még megoldásra váró kihívások ellenére a munkánk nagy lépés az olcsó, ultrakompakt és energiatakarékos hűtőrendszerek felé a tápellátás elektronikája számára" - írta Wei.

(Forrás: Nature Kép: Unsplash, EPFL)