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Chip di raffreddamento con una brezza ionica
Gli elettrodi che inviano un flusso di aria ionizzata sulla superficie di un chip di silicio potrebbero rendere molto più efficaci le ventole di raffreddamento di computer e laptop. I ricercatori della Purdue University e di Intel hanno scoperto che un dispositivo che genera una brezza ionica mantiene i chip dei computer più freddi di 25 ºC rispetto alle sole ventole. Consentendo l'uso di ventole più piccole, il dispositivo potrebbe portare a laptop più compatti.
Brezza fresca: Le immagini a infrarossi della superficie di un microchip mostrano uno dei due elettrodi che generano una brezza rinfrescante di aria ionizzata in un nuovo dispositivo sviluppato alla Purdue University. Nell'immagine in alto (rosso), le ventole mantengono la temperatura superficiale del chip a 60 ºC. Nell'immagine in basso (blu), l'attivazione degli elettrodi porta la temperatura a 35 ºC.
Poiché i microchip si riempiono di componenti sempre più numerosi, i metodi di raffreddamento odierni non saranno più adeguati. Attualmente, il calore viene sottratto dai trucioli da dissipatori di calore in metallo, pannelli fissati a serie di alette o punte che massimizzano la superficie di dissipazione del calore. Le ventole di un computer raffreddano i dissipatori di calore ed espellono l'aria calda. Ma il raffreddamento ad aria è stato portato al limite nella sua capacità di rimozione del calore, afferma Suresh Garimella , professore di ingegneria meccanica alla Purdue. E inoltre, le ventole possono essere ingombranti e rumorose.
Il nuovo dispositivo è piccolo e può essere integrato direttamente nel chip di un computer. Posizionandolo in punti caldi specifici su un chip, gli ingegneri potrebbero migliorare l'efficacia della ventola di raffreddamento in quelle aree. Ciò potrebbe portare a fan più piccoli che funzionano altrettanto bene dei fan attuali, afferma Garimella, e quindi a laptop più sottili e più piccoli. L'obiettivo finale è sviluppare tecnologie di raffreddamento per piccoli notebook e computer palmari, afferma Rajiv Mongia, un ingegnere di ricerca Intel che ha lavorato con i ricercatori della Purdue sul nuovo dispositivo.
Garimella e i suoi colleghi hanno costruito il loro sistema di raffreddamento sperimentale su un finto chip di computer. Il sistema è costituito da due elettrodi, un filo di acciaio inossidabile che funge da anodo caricato positivamente e un nastro di rame che funge da catodo, separati da pochi millimetri.
Applicando una tensione ai capi degli elettrodi, gli elettroni nell'aria entrano in collisione con le molecole di ossigeno e azoto, privandoli degli elettroni e creando ioni con carica positiva. Gli ioni si muovono verso il catodo caricato negativamente, trascinando con sé le molecole d'aria circostanti e creando una brezza. I ricercatori hanno scoperto che mentre una ventola che soffiava su un dissipatore di calore raffreddava la superficie del loro chip a circa 60 ºC, aggiungendo la brezza ionica lo raffreddava fino a 35 ºC.
Garimella afferma che poiché il dispositivo utilizza strisce di metallo come elettrodi, anziché punte più affilate, la brezza ionica spazza una porzione più ampia del chip, sebbene non generi una pressione dell'aria sufficiente per raffreddare il chip senza l'ausilio di una ventola.
La brezza ionica affronta la forte concorrenza di altre tecniche sperimentali di raffreddamento dei chip. I produttori di computer hanno recentemente iniziato a esplorare il raffreddamento a liquido, in cui una pompa spinge l'acqua o un altro liquido attraverso i tubi. (I computer Mac Pro di Apple utilizzano questo sistema.) Ma la maggior parte dei sistemi di raffreddamento a liquido sono complicati e aumentano i costi di produzione; il dispositivo Purdue potrebbe fornire un'alternativa più economica. La nostra invenzione ci consente di estendere le prestazioni del raffreddamento ad aria senza dover passare a metodi più aggressivi e costosi come il raffreddamento a liquido, afferma Garimella. Allo stesso tempo, non aggiungiamo alcun volume extra.
Un approccio a volume inferiore al raffreddamento a liquido, tuttavia, potrebbe derivare da Cooligy , con sede a Mountain View, CA. L'azienda sta sviluppando una tecnologia di raffreddamento basata su microcanali concessa in licenza dalla Stanford University. La tecnologia è una versione più piccola su chip del metodo pump and pipe per la circolazione dei liquidi. Nel dispositivo di Cooligy, il liquido di raffreddamento circola attraverso minuscoli canali scavati in uno strato di silicio che si trova sopra un chip di computer.
Girish Upadhya, direttore dell'ingegneria delle applicazioni di Cooligy, ha elogiato con cautela il raffreddamento a brezza ionica, che chiama un approccio unico che può avere applicazioni specifiche nel raffreddamento a punti. Ma sospetta che il dispositivo Purdue potrebbe rivelarsi difficile da incorporare nei chip dei computer. La parte difficile è trovare un prodotto specifico utilizzando un tale approccio, afferma Upadhya.
Intel, che ha collaborato con i ricercatori della Purdue, mantiene aperte le sue opzioni. L'azienda ha anche lavorato su un approccio simile alla pompa ionica con i ricercatori dell'Università di Washington, a Seattle. (Vedi La piccola pompa raffredda i trucioli.)
Ma Garimella è fiducioso che il dispositivo Purdue produrrà applicazioni pratiche. Prima, però, i ricercatori dovranno renderlo più piccolo e robusto. Il dispositivo è su scala millimetrica e stiamo lavorando per ridurlo alla scala di decine di micrometri, afferma Garimella. Un dispositivo più piccolo, dice, può ottenere lo stesso effetto di raffreddamento con tensioni inferiori. E questo, aggiunge, renderebbe la tecnologia commercialmente valida.