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La piccola pompa raffredda le patatine
I ricercatori hanno costruito un minuscolo dispositivo a base di silicio in grado di raffreddare efficacemente una superficie, fornendo un modo nuovo e più efficace per raffreddare i microchip. Il nuovo dispositivo, progettato e fabbricato dagli ingegneri di Intel, dell'Università di Washington a Seattle e di Belmont, MA Tecnologie avanzate Kronos , utilizza aria ionizzata e un campo elettrico per raffreddare la superficie.
Le immagini a infrarossi mostrano come un nuovo dispositivo di micro-raffreddamento utilizza ioni e un campo elettrico per raffreddare una superficie riscaldata. In alto: la pompa ionica è spenta. In basso: la pompa è accesa. (Credito: Università di Washington)
I computer si stanno surriscaldando con ogni nuova generazione di chip, poiché sempre più transistor che producono calore sono stipati su di essi. In effetti, gli esperti affermano che entro la fine di questo decennio la classica soluzione di raffreddamento, ovvero l'utilizzo di dissipatori di calore in metallo per allontanare il calore dai chip e una ventola rotante per raffreddare i dissipatori di calore e spingere l'aria calda fuori dai computer, non sarà più abbastanza buono.
La tecnologia delle ventole, in particolare, è difficile da migliorare. Non c'è molto altro che si può fare per ottimizzare [i fan], dice Alex Mamishev , professore di ingegneria elettrica presso l'Università di Washington, che ha guidato lo sviluppo della nuova tecnologia. La pompa ionica per il raffreddamento del chip proposta da Mamishev e colleghi è molto più piccola dei dissipatori di calore e delle ventole e, poiché è realizzata in silicio, potrebbe eventualmente essere integrata nel processo di produzione del chip, rendendola potenzialmente più economica. Inoltre, se aggiunta a un dissipatore di calore, la pompa ionica potrebbe raffreddare i chip a temperature inferiori rispetto a quelle attualmente possibili con le ventole standard.
I ricercatori hanno raffreddato un punto su una superficie, comprendente un paio di millimetri quadrati di area, di 25 gradi Celsius. La tensione che passa attraverso la punta dell'elettrodo, che si trova un paio di millimetri sopra l'elettrodo del collettore, può essere modificata per raffreddare il chip a temperature diverse o per regolare l'area che viene raffreddata, afferma Mamishev.
La pompa ha due parti fondamentali. La punta di un elettrodo emette un alto voltaggio che sottrae elettroni alle molecole di ossigeno e azoto presenti nell'aria, ionizzandole. Questi ioni caricati positivamente fluiscono quindi dalla punta a un elettrodo collettore caricato negativamente. Mentre gli ioni fluiscono verso l'elettrodo del collettore, trascinano con sé l'aria circostante, creando un flusso d'aria netto, spiega Stephen Montgomery, un ingegnere di sistemi senior di Intel che ha lavorato al progetto.
Intel, uno dei principali ricercatori nella tecnologia avanzata dei chip, sta esaminando una serie di metodi per raffreddare i futuri chip. Ma Montgomery afferma che il dispositivo sviluppato presso l'Università di Washington è una delle tecnologie più promettenti. Quel raffreddamento, dice Montgomery, può essere fatto con un'efficienza abbastanza elevata e una bassa potenza, ed è scalabile, il che significa che potrebbe essere facilmente prodotto in serie, rendendo più facile l'integrazione in un gran numero di chip.
Un diverso metodo avanzato di raffreddamento dei chip prevede l'utilizzo di tubi per pompare il liquido di raffreddamento in tutto il sistema, in modo simile al modo in cui viene raffreddato il motore di un'auto. Il nuovo computer desktop Mac Pro di Apple, ad esempio, utilizza una pompa che spinge l'acqua attraverso i tubi. Ma questi sistemi di raffreddamento ad acqua sono complessi e costosi, afferma Mamishev.
La pompa ionica è un miglioramento potenzialmente importante, afferma Thomas Kenny , professore di ingegneria meccanica alla Stanford University. Ma aggiunge che non è ancora noto se il sistema dovrà affrontare sfide economiche e tecniche simili a quelle dei sistemi raffreddati ad acqua.
Il team di Mamishev non è solo nell'uso di pompe ioniche per raffreddare i chip. Una tecnologia simile sviluppata alla Purdue University di West Lafayette, IN, viene commercializzata da una startup chiamata Thorrn Micro Technologies . Il loro approccio consiste nell'utilizzare fili metallici invece di una punta di silicio, afferma Suresh Garimella, professore di ingegneria meccanica alla Purdue. L'applicazione di una forte tensione lungo il filo crea un campo elettrico che ionizza l'aria lungo la sua lunghezza, non solo sulla punta, spiega. L'azienda sta sviluppando un sistema per il raffreddamento di laptop e altri dispositivi portatili.
Mamishev afferma che ci saranno sfide con la tecnologia del suo gruppo mentre cercano di integrare una pompa ionica in un prodotto reale. A causa delle alte tensioni utilizzate per generare l'effetto di raffreddamento, potrebbe esserci un accumulo di carica statica, ostacolando le prestazioni del dispositivo o la tensione potrebbe rompere l'isolamento in parti del circuito. Bisogna stare attenti, dice. Inoltre, il gruppo deve eseguire dei test per determinare la longevità e l'affidabilità della pompa ionica.
I ricercatori stanno attualmente sviluppando un prototipo di pompa ionica, che è integrata in un dissipatore di calore. Mamishev prevede che la tecnologia sarà pronta per la commercializzazione in server, computer desktop e laptop entro due anni.