Díky stále se zvyšujícímu výkonu generují dnešní procesory obrovské množství tepla. V nejbližších několika letech má tato produkce vzrůst hned čtyřikrát. Jak ale potom zvládnout nezbytné chlazení? Vědci přišli na jednoduché řešení spočívající v mikrokanálcích s bublinkami vodní páry.
Výzkumníci americké univerzity Purdue přišli s objevem, který by mohl vést k vývoji zcela nového typu procesorového chlazení určeného pro budoucí počítačové procesory. Vzhledem k tomu, že už dnes mají například nejnovější grafické čipy společnosti nVidia problémy s chlazením, se jedná o velmi aktuální téma.
|
Profesor Mudawar testuje svoji aparaturu.
|
Profesor strojního inženýrství Issam Mudawar představil systém na bázi mikrokanálků s průměrem jen třikrát větším než je průměr lidského vlasu. Do nich je vpuštěna kapalina, která se při průchodu vypařuje a formuje velice malé bublinky. Vědci si dříve mysleli, že tyto bubliny by mohly bránit průchodu kapaliny, ale opak je pravdou. Tyto bublinky jsou natolik malé, že jednoduše proplouvají mikrokánálky a tlačí kapalinu vpřed. Proto tento systém nevyžaduje žádná čerpadla, čímž se jeho konstrukce značně zjednodušuje a zlevňuje. Oběh kapaliny v chladícím systému a tím i odvod přebytečného tepla je tak zajištěn.
Ještě překvapivější je však možná fakt, že čím menší průměr kanálky mají, tím menší se tvoří bublinky a tím lépe dokáží odvádět teplo.
"Zatímco dnes je běžná produkce tepla 75 wattů na čtvereční centimetr, čipy blízké budoucnosti budou generovat až 300 wattů na čtvereční centimetr.", říká Mudawar. "Čím více součástek umístíte do stejného prostoru, tím více budete produkovat tepla.", dodává.
Jeho výzkumný tým vytvořil kapalinový systém chlazení, který využívá uzavřený okruh dvou souběžných vertikálních trubiček obsahujících dielektrickou kapalinu, tj. takovou, která nevede elektrický proud. Ta proudí trubičkami v plátku kovu připevněném na čipu. Když čip pracuje, ohřívá destičku a tím také kapalinu, která se začíná vařit - tak vznikají bublinky páry. Ty jsou lehčí než kapalina a stoupají vzhůru, kde jsou ochlazovány větráčkem a opět kondenzují, mění se v kapalinu. Ochlazená kapalina pak padá do paralelní trubice a vytváří tak soběstačný uzavřený okruh.
"Překvapilo nás, když jsme zjistili, že dielektrikum dokáže vytvářet tak malé bubliny, že proklouznou trubicí opravdu rychle. Nebrzdí průtok, jak by se dalo očekávat." vysvětluje Mudawar.
Výzkumníci zjistili, že tento způsob chlazení je přibližně šestkrát výkonnější než existující systémy pracující s miniaturními čerpadly.
"Tohle je teprve začátek, časem to možná ještě zlepšíme. Když konečně máme fungující systém, můžeme zkoušet různé geometrie, které by se mohly stát velkým přínosem v tomto oboru." dodává Mudawar. Na projektu spolupracuje nejen se svými studenty, ale také s americkým Ministerstvem energetiky, které se stará o financování.
Úspěšné budoucí uplatnění tohoto objevu je předem jasné - hodí se však nejen do oblasti procesorů, ale také vesmírných lodí a mnoha dalších odvětví.
