Kühlen Sie die CPU im Rechenzentrum ab - der Laser-3D-Druck hilft

    An der Binghamton University (New York) wurde eine neue Technologie für Kühlprozessoren entwickelt, die es ermöglichen wird, Wärmeleitpaste abzulehnen. Wärmeleitendes Material wird im 3D-Druck direkt auf die Oberfläche des Chips aufgebracht. Experten zufolge kann ihre Lösung die Betriebstemperatur von Prozessoren in Rechenzentren um 10 ° C senken.

    Wir werden über Technologie und andere experimentelle Methoden der CPU-Kühlung sprechen.


    / Foto künstlerisches Bokeh CC BY-SA

    So drucken Sie "Metall-Wärmeleitpaste"


    Die Entwickler der Technologie trugen eine dünne Schicht aus einer Metalllegierung mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf den Prozessorchip auf und verwendeten die vom Laser „gedruckten“ Kanäle für das Kühlmittel. Hierzu wurde das Verfahren des selektiven Lasersinterns verwendet .

    Eine Schicht Metallpulver ist gleichmäßig auf der Siliziumoberfläche verteilt. Dann wird der Laser eingeschaltet und der Strahl wird durch bewegliche Spiegel geführt, um die Partikel gemäß dem erzeugten 3D-Modell zu verschmelzen. Das Verfahren wird mehrmals wiederholt - bei jeder Wiederholung werden unterschiedliche Schnitte des Endprodukts gebildet. Das Lasersintern selbst dauert weniger als eine Sekunde.

    Die Legierung, die auf den Chip aufgebracht wird, besteht aus Titan, Zinn und Silber. Die letzten beiden werden benötigt, um den Schmelzpunkt des Materials zu reduzieren. Somit bleibt das Metall länger im flüssigen Zustand, was dazu beiträgt, eine Verformung der Schicht aufgrund einer schnellen Erstarrung zu vermeiden.

    Durch selektives Lasersintern wurde es möglich, eine metallische Schicht zu bilden, die tausendmal geringer als der Durchmesser eines menschlichen Haares war. Dadurch kann das Kühlmittel die überschüssige Wärme direkt aus dem Chip entnehmen und benötigt keine Wärmeleitpaste.

    Was kann diese Technologie?


    Den Spezialisten gelang es, eine Legierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von 39 W / (m · K) zu erhalten, die siebenmal besser ist als die anderer Materialien für thermische Grenzflächen - Wärmeleitpaste oder Polymerverbindungen. Dadurch konnte die Chiptemperatur im Vergleich zu anderen Kühlsystemen um 10 ° C gesenkt werden.
    Die neue Technologie soll zwei Probleme lösen: die Stromkosten in Rechenzentren reduzieren und die Lebensdauer der Prozessoren verlängern (da sie weniger heiß werden). Nach Angaben der Entwickler wird die Erfindung den Energieverbrauch der Rechenzentren der Welt um 5% senken und der IT-Branche jährlich bis zu 438 Millionen US-Dollar einsparen.

    Bisher wurde die Technologie nur im Labor getestet und es ist nicht bekannt, wie sie in echten Rechenzentren funktionieren wird. In naher Zukunft planen Forscher jedoch, ihre Technologie zu patentieren und die erforderlichen Tests durchzuführen.

    Wer sonst experimentiert mit Chipkühlung


    Nicht nur an der Binghamton University wird an Chip-Kühltechnologie gearbeitet. Ihre Kollegen an der University of California synthetisierten erstmals hochreine Bor-Arsenid-Kristalle mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Der erhaltene Wert liegt nahe bei 1300 W / (m · K), während er für Diamant (der als einer der Rekordbrecher bezüglich Wärmeleitfähigkeit gilt) 1000 W / (m · K) beträgt.

    Die neue Technologie wird effiziente Wärmeabführungssysteme in der Elektronik und Photonik schaffen. Dafür müssen Sie jedoch eine Reihe von Problemen lösen. Borarsenid ist im industriellen Maßstab nur schwer zu erhalten - Defekte entstehen oft bei der Synthese von Kristallen , und toxische Arsenverbindungen werden bei der Herstellung des Materials verwendet.

    Forscher der University of California arbeiten auch daran, das Problem der Wärmeableitung von Prozessoren zu lösen. Sie schlugen vor , die Struktur des Chips selbst zu ändern. Die Idee ist, eine Siliziumkristallstruktur zu schaffen, bei der Phononen (Quasipartikel, die Wärme übertragen) Wärme mit maximaler Geschwindigkeit übertragen.

    Ihre Technologie wird als "perforiertes Silizium" bezeichnet. Die Platte bohrte winzige Löcher mit einem Durchmesser von 20 nm, die die Wärmeableitung beschleunigen. Bei der optimalen Lage der Löcher steigt die Wärmeleitfähigkeit des Siliziumwafers um 30%.

    Diese Methode ist noch weit von der Implementierung entfernt - nur das Modell ist fertig. Der nächste Schritt ist die Erkundung des Potenzials der Technologie und der Anwendungsmöglichkeiten in realen Systemen.


    / FotoPxHere PD

    Was weiter


    Vor der praktischen Umsetzung neuer Technologien ist die Wärmeableitung weit entfernt. Alle befinden sich entweder in der Konzeptphase oder im Prototyping. Obwohl sie über ein gutes Potenzial verfügen, ist es noch nicht möglich, über ihre weit verbreitete Einführung auf dem Markt für Rechenzentren zu sprechen.

    Aus diesem Grund experimentieren Rechenzentren nun mit anderen Kühlmethoden. Einer der neuesten Trends ist die Flüssigkeitskühlung . Nach den Daten der Umfrage Uptime Institute, implementiert eine Technologie , die bereits 14% der weltweiten Rechenzentren. Experten gehen davon aus, dass sich diese Zahl in Zukunft aufgrund der zunehmenden Ausrüstungsdichte im Rechenzentrum erhöhen wird. Wie bei einer großen Anzahl von Servern in der Nähe ist die Luftkühlung schwierig.

    Ein anderer Trend istAI-Systeme zur Steuerung von Klimaanlagen des Rechenzentrums. Nach der Einschätzung von Forschungseinrichtungen, etwa 15-25% der Rechenzentren nutzen bereits diese Algorithmen des maschinellen Lernens. Es wird erwartet, dass in Zukunft die Beliebtheit intelligenter Technologien im Rechenzentrum nur noch zunehmen wird.



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