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Petite pompe refroidit les chips
Les chercheurs ont construit un minuscule dispositif à base de silicium qui peut refroidir efficacement une surface, offrant un moyen nouveau et plus efficace de refroidir les micropuces. Le nouvel appareil, conçu et fabriqué par des ingénieurs d'Intel, de l'Université de Washington à Seattle et de Belmont, MA Technologies avancées de Kronos , utilise de l'air ionisé et un champ électrique pour refroidir la surface.
Des images infrarouges montrent comment un nouveau dispositif de micro-refroidissement utilise des ions et un champ électrique pour refroidir une surface chauffée. En haut : la pompe à ions est éteinte. En bas : la pompe est en marche. (Crédit : Université de Washington)
Les ordinateurs chauffent à chaque nouvelle génération de puces, car de plus en plus de transistors produisant de la chaleur y sont entassés. En effet, les experts disent que d'ici la fin de cette décennie, la solution de refroidissement classique - utilisant des dissipateurs thermiques métalliques pour évacuer la chaleur des puces et un ventilateur rotatif pour refroidir les dissipateurs thermiques et chasser l'air chaud des ordinateurs - ne sera plus assez bien.
La technologie des ventilateurs, en particulier, est difficile à améliorer. Il n'y a pas grand-chose de plus à faire pour optimiser [les fans], dit Alex Mamishev , professeur de génie électrique à l'Université de Washington, qui a dirigé le développement de la nouvelle technologie. La pompe ionique de refroidissement des puces proposée par Mamishev et ses collègues est beaucoup plus petite que les dissipateurs thermiques et les ventilateurs et, puisqu'elle est en silicium, pourrait éventuellement être intégrée au processus de fabrication des puces, ce qui la rend potentiellement plus économique. De plus, si elle est ajoutée à un dissipateur thermique, la pompe à ions pourrait refroidir les puces à des températures inférieures à celles actuellement possibles avec des ventilateurs standard.
Les chercheurs ont refroidi un point sur une surface, comprenant une superficie de quelques millimètres carrés, de 25 degrés Celsius. La tension passant à travers la pointe de l'électrode, qui se trouve à quelques millimètres au-dessus de l'électrode collectrice, peut être modifiée pour refroidir la puce à différentes températures, ou pour ajuster la zone qui est refroidie, explique Mamishev.
La pompe a deux parties de base. Une pointe d'électrode émet une haute tension qui retire les électrons des molécules d'oxygène et d'azote dans l'air, les ionisant. Ces ions chargés positivement s'écoulent ensuite de la pointe vers une électrode collectrice chargée négativement. Lorsque les ions affluent vers l'électrode collectrice, ils entraînent l'air environnant avec eux, créant un flux d'air net, explique Stephen Montgomery, ingénieur système senior chez Intel qui a travaillé sur le projet.
Intel, qui est un chercheur de premier plan dans le domaine de la technologie des puces avancées, étudie un certain nombre de méthodes pour refroidir les futures puces. Mais Montgomery dit que l'appareil développé à l'Université de Washington est l'une des technologies les plus prometteuses. Ce refroidissement, selon Montgomery, peut être effectué avec une efficacité assez élevée et une faible puissance, et il est évolutif, ce qui signifie qu'il pourrait être facilement produit en série, ce qui facilite son intégration dans un grand nombre de puces.
Une autre méthode avancée de refroidissement des puces consiste à utiliser des tuyaux pour pomper du liquide de refroidissement dans tout le système, de la même manière que le moteur d'une voiture est refroidi. Le nouvel ordinateur de bureau Mac Pro d'Apple, par exemple, utilise une pompe qui pousse l'eau dans les tuyaux. Mais ces systèmes de refroidissement par eau sont complexes et coûteux, dit Mamishev.
La pompe à ions est une amélioration potentiellement importante, dit Thomas Kenny , professeur de génie mécanique à l'Université de Stanford. Mais il ajoute qu'on ne sait toujours pas si le système sera confronté à des défis économiques et techniques similaires à ceux des systèmes refroidis à l'eau.
L'équipe de Mamishev n'est pas la seule à utiliser des pompes à ions pour refroidir les puces. Une technologie similaire développée à l'Université Purdue à West Lafayette, IN, est commercialisée par une startup appelée Thorn Micro Technologies . Leur approche consiste à utiliser des fils métalliques au lieu d'une pointe en silicium, explique Suresh Garimella, professeur de génie mécanique à Purdue. L'application d'une forte tension le long du fil crée un champ électrique qui ionise l'air sur toute sa longueur, pas seulement à la pointe, explique-t-il. La société développe un système de refroidissement des ordinateurs portables et autres appareils portables.
Mamishev dit qu'il y aura des défis avec la technologie de son groupe alors qu'ils essaient d'intégrer une pompe ionique dans un produit réel. En raison des hautes tensions utilisées pour générer l'effet de refroidissement, il pourrait y avoir une accumulation de charge statique, ce qui entraverait les performances de l'appareil, ou la tension pourrait rompre l'isolation dans certaines parties du circuit. Il faut faire attention, dit-il. De plus, le groupe doit effectuer des tests pour déterminer la longévité et la fiabilité de la pompe à ions.
Les chercheurs développent actuellement un prototype de pompe ionique, qui est intégré dans un dissipateur thermique. Mamishev s'attend à ce que la technologie soit prête à être commercialisée dans les serveurs, les ordinateurs de bureau et les ordinateurs portables d'ici deux ans.