Calcolo con raffreddamento a metallo

Per molti versi, la Legge di Moore – la famosa previsione di Gordon Moore, co-fondatore del produttore di chip Intel, secondo cui la complessità dei microprocessori crescerà in modo esponenziale senza un aumento di prezzo – ha resistito per quattro decenni. Ma questa complessità ha un costo nascosto: il calore.





L'imballaggio di sempre più componenti e circuiti su un chip richiede più energia elettrica per farlo funzionare. E la maggior parte di quella potenza si trasforma in calore, così che i chip più recenti possono superare rapidamente i 100 gradi centigradi, se non adeguatamente raffreddati.

Il problema sta diventando così serio che l'anno scorso Intel ha annullato un progetto di CPU ad alta velocità, in parte perché non ha trovato un modo pratico per raffreddare i chip che consumano energia (vedi Notebook allegato). I chip surriscaldati non funzionano in modo affidabile, causando possibili arresti anomali del computer, file alterati, problemi grafici e persino danni permanenti.

C'è una grande richiesta di soluzioni di raffreddamento compatte ed economiche, afferma Suresh V. Garimella, direttore del Cooling Technologies Research Center presso la Purdue University in Indiana. Secondo lui, i fan tradizionalmente usati per raffreddare i personal computer stanno raggiungendo i loro limiti.



Una potenziale soluzione a questo problema crescente è più comunemente associata ai reattori nucleari: il raffreddamento del metallo liquido. Guidata da NanoCoolers, una startup di Austin, TX, la tecnologia sfrutta un insolito composto di metalli che rimane liquido a temperatura ambiente. Attualmente, la loro miscela di gallio e indio (e un pizzico di stagno) scorre liberamente a temperature superiori a 7 gradi C. E una nuova formula potrebbe arrivare fino a meno 10 gradi C, secondo il product manager Mick Wilcox.

Questa tecnologia è una delle numerose soluzioni di raffreddamento nuove e promettenti che vengono proposte e perseguite ultimamente, afferma Garimella.

Il metallo liquido scorre in un anello attorno a un PC o a una scheda grafica. Innanzitutto, raccoglie calore dalla parte superiore del chip riscaldato. Quindi il liquido viene pompato attraverso i tubi a un radiatore (di solito con una ventola che soffia su di esso), dove il calore viene rilasciato nell'aria. Infine, il fluido raffreddato torna al chip.



La pompa che muove il metallo liquido nel sistema è uno dei principali vantaggi dell'invenzione rispetto a una tecnologia rivale, il raffreddamento ad acqua. Sfruttando la natura metallica del liquido di raffreddamento, la pompa spinge il liquido intorno in modo elettromagnetico. A differenza del raffreddamento ad acqua, il processo non richiede parti mobili, consuma poca energia ed è silenzioso. In una domanda di brevetto, NanoCoolers suggerisce persino di alimentare la pompa esclusivamente dal calore di scarto prodotto dal computer. Sebbene il composto di metallo liquido non sia tossico, secondo Wilcox, è corrosivo per alcuni metalli, in particolare l'alluminio.

L'attrazione del metallo liquido stesso è la sua eccellente conduzione del calore. Secondo Sapphire Technology, che ha adottato l'invenzione dei NanoCoolers per una scheda grafica per PC, è 65 volte più conduttiva termicamente dell'acqua e 1.600 volte migliore del raffreddamento ad aria.

In breve, il metallo liquido è in grado di assorbire il calore più rapidamente e quindi di raffreddare i trucioli più velocemente. Questa proprietà ha portato al suo utilizzo come refrigerante finale in alcuni reattori nucleari, che vengono raffreddati con sodio o potassio liquidi, nonché nella produzione di componenti di macchine di alta qualità, come le pale delle turbine a gas, dove i componenti vengono raffreddati rapidamente a 660 C con alluminio fuso per evitare la formazione di difetti.



[I metalli liquidi] potrebbero certamente fornire capacità di raffreddamento più elevate, afferma Garimella. Per quanto riguarda le loro applicazioni pratiche, tuttavia, è più cauto: [È] in gran parte una funzione di come sono implementati e della resistenza termica di controllo nel pacchetto.

In effetti, rimane la domanda se le difficoltà di implementazione impediranno a questa nuova tecnologia di diventare una pratica soluzione di raffreddamento per il PC. Un concorrente ritiene che l'uso della tecnologia dei metalli liquidi da parte di Sapphire Technology abbia più a che fare con il marketing. A causa dell'aumento dei costi, delle dimensioni e del peso del dissipatore, non pensiamo che questa tecnologia sia pronta per il mercato, afferma Lester Lau, portavoce di un produttore di schede grafiche rivale, Abit Computer, di Taiwan. Il valore del marketing è intrigante, ma a questo punto i lati negativi sembrano superare i vantaggi.

Scettico anche un esperto del settore. È un grande salto, introdurre così tanti nuovi componenti che non sono stati provati, afferma Monem Alyaser, direttore di Applied Thermal Technologies, una società di consulenza ingegneristica con sede a Santa Clara che ha assistito nella progettazione termica per Xbox 360 di Microsoft e Apple Powerbook Titanium. Alyaser crede che il raffreddamento ad acqua sarebbe un passo successivo migliore per l'industria dei PC, perché è provato e testato (è in circolazione da quando ci sono stati i radiatori nelle auto).



Mick Wilcox di NanoCoolers ribatte che il metallo liquido ha vantaggi significativi rispetto al raffreddamento ad acqua, inclusa la sua pompa elettromagnetica più silenziosa e affidabile, oltre al fatto che ha la stessa o migliore capacità di raffreddamento.

Attualmente, quasi tutti i prodotti nel mercato dei PC utilizzano il raffreddamento ad aria. Al contrario, il raffreddamento ad acqua è limitato ai kit per appassionati. Nei test con un laptop, Wilcox afferma che la tecnologia di NanoCooler è circa il trenta percento più efficace di un sistema di raffreddamento ad aria a tubi di calore e il cinque percento migliore del raffreddamento ad acqua.

A dire il vero, tali cifre sono notevolmente inferiori al previsto, data l'elevata conduttività termica del metallo liquido. Il problema, dice Wilcox, sta nell'estrarre il calore dal metallo liquido prima che venga ricircolato nel chip. In definitiva, ciò significa utilizzare un radiatore o una ventola per scaricare l'energia termica nell'atmosfera circostante, lo stesso metodo utilizzato nei sistemi di raffreddamento ad acqua e ad aria.

In effetti, NanoCoolers sta concentrando le sue risorse anche in altre tecnologie di raffreddamento, in particolare, una versione a film sottile e ad alta densità dei tradizionali dispositivi termoelettrici da utilizzare in una varietà di prodotti di consumo.

Nel frattempo, il produttore di chip grafici Sapphire afferma che quest'estate invierà la sua scheda grafica Blizzard raffreddata a metallo-liquido ai revisori di riviste e pubblicazioni online: la prima dimostrazione pubblica della tecnologia raffreddata a metallo in un PC.

Fonti:

nascondere