Водное охлаждение поможет отвести тепло от процессоров

На этой неделе сотни ученых и инженеров собрались в Санта-Фе (штат Нью-Мексико, США) на конференцию по охлаждающим устройствам для микроэлектроники "Thermes 2002", чтобы рассмотреть целый пакет новых идей в области охлаждения - включая использование тонкопленочных холодильников, пьезоэлектрических вентиляторов, термоакустических насосов, а также систем жидкостного охлаждения.

Так, Али Шакури (Ali Shakouri) из Калифорнийского университета (г. Санта-Круз) работает над созданием микрохолодильников размером с пылинку, в которых охлаждение осуществлялось бы не с помощью фреона, как в классических холодильниках, а посредством электронов, которые уносили бы термическую энергию с горячих областей на поверхности чипа, рассеивая ее в окружающем пространстве. Его группе удалось таким способом охладить поверхность микросхемы на 5 градусов Цельсия.

Однако чтобы такие компании, как Intel, Motorola заинтересовались методикой г-н Шакури, этот показатель должен быть, по крайней мере, удвоен. "Чтобы повлиять на конструкторские решения, производителям микросхем требуется охлаждение не менее чем на 10-20 градусов", - признался он. - "В настоящее время мы с помощью моделирования пытаемся понять, насколько далеко можно продвинуться. Теоретические расчеты показывают, что с имеющимися в нашем распоряжении материалами мы можем достичь охлаждения на 20-30 градусов".

Орест Симко (Orest Symko) из университета Юты разработал устройство, с помощью которого, по его словам, можно охладить микросхему на 10-20 градусов. Вместо электронов в его устройстве используется ультразвук. "Термоакустические насосы" (Thermoacoustic engines) исследуются учеными с XIX века, однако г-ну Симко удалось развить известную методику, сделав ее применимой для использования в микроэлектронных устройствах.

Тепло передается к пластинам, расположенным внутри сделанных из органического материала труб - напоминающих органные. Группа г-на Симко сделала два прототипа подобных устройств - размером 4 и 1,5 сантиметра, которые в настоящее время проходят исследования. Большее из устройств при работе производит звук, находящийся на грани слышимости человеческим ухом. Меньший прибор работает на частоте 21 кГц, лежащей в области ультразвука.

Г-ну Симко и его коллегам удалось также разработать метод, позволяющий конвертировать часть звуковой энергии обратно в электрическую.

"На конференции мы планируем поставить вопрос о том, что правильность нашей концепции подтверждена практикой", - сказал г-н Симко. - "В ближайшие полгода мы собираемся выйти на уровень, который позволит нам обратиться к потенциальным заказчикам и сказать - у нас есть, то что вам нужно".

Однако Кен Гудсон (Ken Goodson) из Стэнфорда продолжает скептически относиться к возможностям применения для охлаждения микрочипов термоакустических, термоэлектрических и пьезоэлектрических систем. Все эти системы объединяет то, что в их основе лежит идея передачи энергии по воздуху или электронам.

Диффузные газы могут рассеять часть энергии, однако сомнительно чтобы они смогли отвести 200 ватт с одного квадратного сантиметра. Здесь, по словам г-н Гудсона, ничто не может сравниться в эффективности с жидкостным охлаждением. Единственная причина, по которой процессоры еще не охлаждаются на манер автомобильных - это технические сложности, связанные с необходимостью прокачки охлаждающей жидкости сквозь муфты размером с человеческий волос.

Предварительное тестирование системы водяного охлаждения компьютерного чипа, проведенное 20 лет назад, по словамг-н Гудсона показало, "что система позволяет отвести киловатт с одного квадратного сантиметра. Единственная причина, по которой это решение не использовалось в промышленности до сих пор - отсутствие такой потребности".

Однако теперь, с развитием технологии микромашинных насосов, будущее за жидкостным охлаждением.