Winzige Kanäle sollen heiße Chips kühlen

Forscher von IBM arbeiten an der nächsten Generation von Chipkühlungstechnologien: einer Chip-Kappe mit einem Netz von baumähnlich verzweigten Kanälen auf ihrer Oberfläche.

Da die Chipleistung immer noch wie in Moore’s Law beschrieben steigt, ist effektive Chipkühlung eines der drängendsten Probleme für Entwickler von Elektronikprodukten geworden. Auf dem Broad Group Power und Cooling Summit Ende Oktober in London haben Forscher des Züricher IBM-Forschungslabors einen neuen Ansatz zur Verbesserung der Kühlung von Computerchips vorgestellt, die „High Thermal Conductivity Interface Technology“.

Der Ansatz adressiert den Verbindungspunkt zwischen dem heißen Chip und den verschiedenen Kühlkomponenten, inklusive des Heat Sink, also des eigentlichen Kühlkörpers. Spezielle, partikelgefüllte, viskoseartige Pasten werden typischerweise an diesen Schnittstellen eingesetzt, um sicherzustellen, dass Chips sich gemäß der Wärmeentwicklung ausdehnen und zusammenziehen können. Diese Pasten werden so dünn als möglich gehalten, um die Wärmeabfuhr vom Chip zu den Kühlkomponenten zu ermöglichen. Bei Einsatz konventioneller Kühltechnologien könnte ein zu dünner Auftrag jedoch den Chip beschädigen oder gar zerstören.

Die Züricher Forscher haben nun eine Chip-Kappe mit einem Netz von baumähnlich verzweigten Kanälen auf ihrer Oberfläche entwickelt. Das Muster sei so beschaffen, dass im Falle einer Druckausübung die Paste gleichmäßiger verteilt wird. Somit werde auch der Druck über den Chip hinweg gleichmäßig verteilt. Dies ermöglicht den Erhalt einer Gleichartigkeit bei halb so großem Druck und zehnfach besserem Hitzetransport über die Schnittstelle.

Dieses bisher einzigartige Design für Chipkühlung stammt aus der Biologie: Systeme hierarchischer Kanäle finden sich vielfach in der Natur, beispielsweise bei Blättern, Wurzeln oder im menschlichen Kreislauf. Diese bedienen sehr große Volumen mit geringer Energie, was für alle Organismen, die größer als einige Millimeter sind, äußerst bedeutsam ist. Altertümliche Wasserverteilsysteme hatten einen ähnlichen Ansatz.

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