Thermoelektrische Kühler gegen Prozessor-Hotspots
Ein Forscherteam unter der Führung von Intel hat einen winzigen thermoelektrischen Kühler entwickelt, der sich in Chipgehäuse integrieren lassen könnte.
Als sogenannte Peltierelemente sind thermoelektrische Kühler bekannt und weit verbreitet, etwa in transportablen Kühlboxen. Ein Forscherteam aus Mitarbeitern von Intel und anderen Firmen wie Nextreme sowie der Uni Arizona hat nun winzige und sehr dünne Übergitter-Strukturen (Superlattices) aus Wismuttellurid entwickelt, die sich in Chipgehäuse integrieren lassen, um kleine Bereiche von Halbleiterbauelementen – etwa Mikroprozessoren – gezielt zu kühlen.
Wie das Forscherteam in einem Artikel in Nature Nanotechnology berichtet, konnte der "Thermoelectric Cooler" (TEC) in Experimenten trotz der enorm hohen Wärmeflussdichte von rund 1300 Watt pro Quadratzentimetern die Temperatur des "Hotspots" um 15 Grad Celsius mindern. Aktuelle x64-Prozessoren mit beispielsweise rund 2,8 Quadratzentimetern Die-Fläche und 130 Watt TDP erreichen als Mittelwert lediglich 46 Watt/cm2; allerdings heizen sich auch hier die verhältnismäßig kleinen Bereiche mit den eigentlichen Rechenwerken viel stärker auf als beispielsweise die vergleichsweise großen Caches. Moderne (Multi-Core-)Prozessoren enthalten deshalb statt der früher üblichen analogen "Thermodioden" zur Temperaturmessung mehrere digitale Sensoren, wie Intel am Beispiel des Core Duo beschreibt. Mit einem im Chipgehäuse integrierten TEC, der gezielt Hotspots kühlt, ließen sich CPU-Rechenwerke auf noch höhere Taktfrequenzen treiben.
Das von dem Intel-Forscherteam verwendete Wismuttellurid (auch Bismuttellurid genannt, Bi2Te3) ist relativ teuer, aber als TEC-Werkstoff gebräuchlich. Es lässt sich auch für thermoelektrische Generatoren (TEG) verwenden. Nextreme offeriert winzige TEC-Module unter anderem zur Kühlung von Laserdioden, die bereits 110 Watt/cm2 abführen können. (ciw)
