Informatique refroidie par métal

À bien des égards, la loi de Moore – la célèbre prédiction de Gordon Moore, co-fondateur du fabricant de puces Intel, selon laquelle la complexité des microprocesseurs augmentera de façon exponentielle sans augmentation de prix – est valable depuis quatre décennies. Mais cette complexité a un coût caché : la chaleur.





Emballer de plus en plus de composants et de circuits sur une puce nécessite plus d'énergie électrique pour la faire fonctionner. Et la majeure partie de cette puissance se transforme en chaleur, de sorte que les dernières puces peuvent rapidement dépasser les 100 degrés centigrades, si elles ne sont pas correctement refroidies.

Le problème devient si grave que l'année dernière Intel a annulé un projet de processeur haute vitesse, en partie parce qu'il n'a trouvé aucun moyen pratique de refroidir les puces énergivores (voir Notebook joint). Les puces surchauffées ne fonctionnent pas de manière fiable, ce qui peut entraîner des pannes informatiques, des fichiers mutilés, des problèmes graphiques et même des dommages permanents.

Il existe une forte demande pour des solutions de refroidissement compactes et économiques, déclare Suresh V. Garimella, directeur du Cooling Technologies Research Center de l'Université Purdue dans l'Indiana. Selon lui, les ventilateurs traditionnellement utilisés pour refroidir les ordinateurs personnels atteignent leurs limites.



Une solution potentielle à ce problème croissant est plus communément associée aux réacteurs nucléaires : le refroidissement par métal liquide. Dirigée par NanoCoolers, une startup d'Austin, au Texas, la technologie tire parti d'un composé inhabituel de métaux qui reste liquide à température ambiante. Actuellement, leur mélange de gallium et d'indium (et une pincée d'étain) s'écoule librement à des températures supérieures à 7 degrés C. Et une nouvelle formule pourrait descendre jusqu'à moins 10 degrés C, selon le chef de produit Mick Wilcox.

Cette technologie fait partie des nombreuses solutions de refroidissement nouvelles et prometteuses qui sont proposées et mises en œuvre ces derniers temps, explique Garimella.

Le métal liquide circule en boucle autour d'un PC ou d'une carte graphique. Premièrement, il capte la chaleur du haut de la puce chauffée. Ensuite, le liquide est pompé à travers des tuyaux vers un radiateur (généralement avec un ventilateur qui souffle dessus), où la chaleur est libérée dans l'air. Enfin, le fluide refroidi retourne vers la puce.



La pompe qui déplace le métal liquide dans le système est l'un des principaux avantages de l'invention par rapport à une technologie concurrente, le refroidissement par eau. Profitant de la nature métallique du liquide de refroidissement, la pompe pousse le liquide de manière électromagnétique. Contrairement au refroidissement par eau, le processus ne nécessite aucune pièce mobile, consomme peu d'énergie et est silencieux. Dans une demande de brevet, NanoCoolers suggère même d'alimenter la pompe uniquement à partir de la chaleur résiduelle produite par l'ordinateur. Bien que le composé métallique liquide ne soit pas toxique, selon Wilcox, il est corrosif pour certains métaux, notamment l'aluminium.

L'attrait du métal liquide lui-même est son excellente conduction de la chaleur. Selon Sapphire Technology, qui a adopté l'invention des NanoCoolers pour une carte graphique PC, elle est 65 fois plus conductrice thermique que l'eau et 1600 fois meilleure que le refroidissement par air.

En bref, le métal liquide est capable d'absorber la chaleur plus rapidement, et donc de refroidir plus rapidement les copeaux. Cette propriété a conduit à son utilisation comme réfrigérant ultime dans certains réacteurs nucléaires, qui sont refroidis avec du sodium ou du potassium liquide, ainsi que dans la fabrication de composants de machines de haute qualité, tels que des aubes de turbines à gaz, où les composants sont rapidement refroidis. à 660 C avec de l'aluminium fondu pour éviter la formation de défauts.



[Les métaux liquides] pourraient certainement fournir des capacités de refroidissement plus élevées, dit Garimella. Concernant leurs applications pratiques, cependant, il est plus prudent : [C'est] très fonction de la façon dont ils sont mis en œuvre et du contrôle de la résistance thermique dans l'emballage.

En effet, la question reste de savoir si les difficultés de mise en œuvre empêcheront cette nouvelle technologie de devenir une solution de refroidissement pratique pour le PC. Un concurrent pense que l'utilisation par Sapphire Technology de la technologie des métaux liquides a plus à voir avec le marketing. En raison du coût, de la taille et du poids accrus du refroidisseur, nous ne pensons pas que cette technologie soit prête pour le marché, déclare Lester Lau, porte-parole d'un fabricant de cartes graphiques concurrent, Abit Computer, de Taiwan. La valeur marketing est intrigante, mais les inconvénients semblent l'emporter sur les avantages à ce stade.

Un expert de l'industrie est également sceptique. C'est un grand saut, l'introduction de tant de nouveaux composants qui n'ont pas fait leurs preuves, déclare Monem Alyaser, directeur d'Applied Thermal Technologies, une société de conseil en ingénierie basée à Santa Clara qui a aidé à la conception thermique de la Xbox 360 de Microsoft et de l'Apple Powerbook Titanium. Alyaser pense que le refroidissement par eau serait une meilleure prochaine étape pour l'industrie des PC, car il a fait ses preuves (il existe depuis aussi longtemps qu'il y a des radiateurs dans les voitures).



Mick Wilcox de NanoCoolers rétorque que le métal liquide présente des avantages significatifs par rapport au refroidissement par eau, notamment sa pompe électromagnétique plus silencieuse et plus fiable, ainsi que le fait qu'il a une capacité de refroidissement égale ou supérieure.

Actuellement, presque tous les produits sur le marché des PC utilisent un refroidissement par air. En revanche, le refroidissement par eau est limité aux kits pour les passionnés. Lors de tests avec un ordinateur portable, Wilcox affirme que la technologie de NanoCooler est environ trente pour cent plus efficace qu'un système de refroidissement par air caloduc et cinq pour cent meilleure que le refroidissement par eau.

Certes, ces chiffres sont considérablement plus bas que prévu, étant donné la conductivité thermique élevée du métal liquide. Le problème, explique Wilcox, est d'évacuer la chaleur du métal liquide avant qu'il ne soit renvoyé vers la puce. En fin de compte, cela signifie utiliser un radiateur ou un ventilateur pour déverser l'énergie thermique dans l'atmosphère environnante, la même méthode que celle utilisée dans les systèmes de refroidissement par eau et par air.

En fait, NanoCoolers concentre également ses ressources sur d'autres technologies de refroidissement, notamment une version à couche mince et haute densité des thermo-électriques traditionnels pour être utilisée avec une variété de produits de consommation.

Pendant ce temps, le fabricant de puces graphiques Sapphire a annoncé qu'il enverrait sa carte graphique Blizzard à refroidissement liquide par métal aux critiques de magazines et de publications en ligne cet été – la première démonstration publique de la technologie à refroidissement par métal dans un PC.

Sources:

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