Effiziente Chip-Kühlung mit Ionenstrom
Mit ausgeklügelten Kühlverfahren muss die enorme Hitze von CPUs und GPUs rasch abgeführt werden. Die optimale Lösung fehlt bislang, deshalb sind neue Vorschläge willkommen - zum Beispiel indem ein Ionenstrom an Luft die Wärmeleitpaste ersetzt.
- Dr. Jürgen Rink
Viele Prozessoren und Grafikkerne produzieren mehr Wärme pro Fläche als eine heiße Herdplatte. Damit solche Chips länger laufen als nur eine Minute, müssen sie aufwendig gekühlt werden. Die hohe Kunst liegt darin, die auf wenigen Quadratmillimetern erzeugte Hitze möglichst schnell auf ein großes Volumen zu verteilen. Bislang funktioniert das mit direktem Wärmekontakt zum Kühlkörper, an dem meist mindestens ein Ventilator hängt, seltener ein Kühlsystem mit Wasser.
Mit einer völlig anderen Methode wollen Forscher der Purdue Universität in West Lafayette in den USA die Wärmeabfuhr an der Chip-Oberfläche verbessern. Zu diesem Zweck ionisieren Elektronen, die von zwei Elektroden erzeugt werden, die vorhandenen Luftmoleküle. Diese positiv geladenen Ionen fliegen zur negativ geladenen Elektrode, die von der Chip-Oberfläche wegweist, und sorgen damit für einen höheren Luftstrom. Laut Professor Suresh Garimella vom Electronics Cooling Laboratory konnte damit die Kühlleistung um das 2,5-Fache gesteigert werden. Die Forschungsarbeiten hat Intel unterstützt, und Intel-Mitarbeiter Rajiv Mongia erhofft sich von der Ionenkühlung vielfältigere Notebook- und Handheld-Bauformen. Die Anode besteht aus Drähten, die etwa zehn Millimeter von der Kathode entfernt sind. Für den praktischen Einsatz muss dieser Abstand allerdings noch um Größenordnungen verkleinert werden, nicht nur wegen der geringeren Größe, sondern auch wegen der damit einhergehenden kleineren Spannung zwischen den Elektroden.
Professor Garimella beschäftigt sich schon seit Jahren mit der Ionenkühlung von Chips. Ein Vorschlag von 2004 bestand darin, Kohlenstoffnanoröhrchen einzusetzen, um die für die Ionenerzeugung erforderliche Spannung zu senken. Drei Jahre später ist man davon offenbar abgekommen und die kommerzielle Umsetzung auch heute noch nicht in Sicht. Viel Zeit also für die Konkurrenz, ihre Vorhaben zu verfolgen. IBM-Forscher haben beispielsweise für eine verbesserte Wärmeleitung Leitpasten hoher Viskosität vorgestellt, die sie auf mit Kanälen überzogenen Oberflächen aufbringen und damit die doppelte Leitfähigkeit erreichen. (jr)
