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Verzweigte Mikrokanäle sollen Chips besser kühlen

IBM stellt "High Thermal Conductivity Interface Technology" vor

Mit einem neuen Ansatz will IBM die Kühlung von Computerchips verbessern. Das "High Thermal Conductivity Interface Technology" getaufte Verfahren soll eine doppelt so hohe Wärmeabfuhr bieten als derzeit gängige Verfahren. Dabei konzentriert sich der Ansatz auf die Verbindung des heißen Chips mit einem Kühlkörper.

Artikel veröffentlicht am ,

High Thermal Conductivity Interface Technology (Quelle: IBM)
High Thermal Conductivity Interface Technology (Quelle: IBM)
Typischerweise kommen an dieser Schnittstelle spezielle partikelgefüllte, viskoseartige Pasten zum Einsatz, um sicherzustellen, dass Chips sich gemäß der Wärmeentwicklung ausdehnen und zusammenziehen können. Die dabei eingesetzten Pasten werden so dünn wie möglich gehalten, um eine effiziente Wärmeabfuhr vom Chip zu den Kühlkomponenten zu ermöglichen. Wird die Paste aber zu dünn aufgetragen, kann ein Chip beim Einsatz konventioneller Technik beschädigt oder zerstört werden.

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Nahaufnahme des verzweigten Kanaldesigns (Quelle: IBM)
Nahaufnahme des verzweigten Kanaldesigns (Quelle: IBM)
IBMs Forschungslabor in Zürich hat vor diesem Hintergrund eine Chip-Kappe mit einem Netz von baumähnlich verzweigten Kanälen auf ihrer Oberfläche entwickelt. Das Muster wurde so entwickelt, dass im Falle einer Druckausübung die Paste gleichmäßiger und der Druck über den Chip hinweg gleichmäßig verteilt wird. Das System soll so mit halbem Druck auskommen und für einen zehnfach besseren Hitzetransport über die Schnittstelle sorgen, so IBM.

Das Prinzip kommt aus der Biologie, denn 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.

Direct Jet Impingement (Quelle: IBM)
Direct Jet Impingement (Quelle: IBM)
Die Züricher Forscher entwickeln ihr Konzept eines verzweigten Kanaldesigns weiter und verbinden es mit einem neuen Ansatz für Wasserkühlung. Unter dem Namen "Direct Jet Impingement" wird dabei Wasser auf die Rückseite eines Chips verteilt und wieder abgesaugt. Das Ganze geschieht in einem komplett geschlossenen System, das aus einer Aufstellung von bis zu 50.000 kleinen Ausbringungspunkten und einer komplexen baumartigen Rückführungsarchitektur besteht.

Das Kühlmodul (Quelle: IBM)
Das Kühlmodul (Quelle: IBM)
Da es sich um ein komplett geschlossenes Systems handelt, soll ausgeschlossen werden, dass Kühlflüssigkeit mit der Elektronik auf dem Chip in Berührung kommt. Darüber hinaus waren die IBM-Forscher in der Lage, die Kühleigenschaften des Systems zu verbessern. Die Strukturen wurden dazu direkt auf der Rückseite des Chips aufgebracht, um die Widerstand erzeugenden Wärmeschnittstellen zwischen Kühlsystem und Silizium zu vermeiden. In ersten Laborversuchen wurde eine Kühlung von Energiedichten von bis zu 370 Watt pro Quadratzentimeter mit Wasser als Kühlungsmittel nachgewiesen. Dies liegt weit jenseits der Grenzen gegenwärtiger Luft-Kühlungstechnologien, die ca. 75 Watt pro Quadratzentimeter erreichen. Dennoch soll das neue System viel weniger Energie für die Umwälzung verbrauchen als andere Kühlsysteme derzeit.



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johannrouge 27. Okt 2006

Doppelt so hoch als? Besser als, gleich gut wie...

mmj 27. Okt 2006

Ähm, und was hat das miteinander zu tun? Wie willst du vergleichen, was man in einem cm...

k9 27. Okt 2006

hehe - hatte ibm schon vor vielen jahren: microchannel... *gg

Yeeeeeeeha 27. Okt 2006

"Das Ganze geschieht in einem komplett geschlossenen System" Kein Dreck.


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