Refroidir les chips avec une brise ionique

Des électrodes qui envoient un flux d'air ionisé sur la surface d'une puce de silicium pourraient rendre les ventilateurs de refroidissement des ordinateurs et des ordinateurs portables beaucoup plus efficaces. Des chercheurs de l'Université Purdue et d'Intel ont découvert qu'un appareil qui génère une brise ionique maintient les puces informatiques à 25 °C plus froides que les ventilateurs seuls. En permettant l'utilisation de ventilateurs plus petits, l'appareil pourrait conduire à des ordinateurs portables plus compacts.

Brise fraîche: Des images infrarouges de la surface d'une micropuce montrent l'une des deux électrodes qui génèrent une brise rafraîchissante d'air ionisé dans un nouvel appareil développé à l'Université Purdue. Dans l'image du haut (rouge), les ventilateurs maintiennent la température de surface de la puce à 60 ºC. Dans l'image du bas (bleu), l'activation des électrodes fait descendre la température à 35 ºC.

Alors que les puces électroniques se remplissent de plus en plus de composants, les méthodes de refroidissement actuelles ne seront plus adéquates. Actuellement, la chaleur est évacuée des puces par des dissipateurs thermiques métalliques – des panneaux fixés à des réseaux d'ailettes ou de broches qui maximisent la surface de dissipation de chaleur. Les ventilateurs d'un ordinateur refroidissent les dissipateurs thermiques et soufflent l'air chaud. Mais le refroidissement par air a été poussé à la limite de sa capacité d'évacuation de la chaleur, dit Suresh Garimella , professeur de génie mécanique à Purdue. Et en plus, les ventilateurs peuvent être encombrants et bruyants.

Le nouvel appareil est petit et peut être intégré directement dans une puce informatique. En le plaçant à des points chauds spécifiques sur une puce, les ingénieurs pourraient améliorer l'efficacité du ventilateur de refroidissement dans ces zones. Cela pourrait conduire à des ventilateurs plus petits qui fonctionnent aussi bien que les ventilateurs actuels, dit Garimella, et donc à des ordinateurs portables plus fins et plus petits. L'objectif final est de développer des technologies de refroidissement pour les petits ordinateurs portables et les ordinateurs de poche, explique Rajiv Mongia, un ingénieur de recherche Intel qui a travaillé avec les chercheurs de Purdue sur le nouvel appareil.

Garimella et ses collègues ont construit leur système de refroidissement expérimental sur une puce informatique fictive. Le système se compose de deux électrodes – un fil en acier inoxydable qui sert d'anode chargée positivement et une bande de cuivre qui sert de cathode – qui sont séparées de quelques millimètres.

L'application d'une tension entre les électrodes fait entrer les électrons dans l'air en collision avec les molécules d'oxygène et d'azote, les privant d'électrons et créant des ions chargés positivement. Les ions se déplacent vers la cathode chargée négativement, entraînant avec eux les molécules d'air environnantes et créant une brise. Les chercheurs ont découvert que, tandis qu'un ventilateur soufflant sur un dissipateur thermique refroidissait la surface de leur puce à environ 60 °C, l'ajout de la brise ionique la refroidissait à 35 °C.

Garimella dit que parce que l'appareil utilise des bandes de métal comme électrodes, par opposition à des pointes plus pointues, la brise ionique balaie une plus grande partie de la puce, bien qu'elle ne génère pas suffisamment de pression d'air pour refroidir la puce sans l'aide d'un ventilateur.

La brise ionique fait face à une concurrence féroce d'autres techniques expérimentales de refroidissement des puces. Les fabricants d'ordinateurs ont récemment commencé à explorer le refroidissement liquide, dans lequel une pompe pousse de l'eau ou un autre liquide à travers des tuyaux. (Les ordinateurs Mac Pro d'Apple utilisent ce système.) Mais la plupart des systèmes de refroidissement par liquide sont compliqués et augmentent les coûts de fabrication ; le dispositif Purdue pourrait fournir une alternative moins chère. Notre invention nous permet d'étendre les performances du refroidissement par air sans avoir à passer à des méthodes plus agressives et coûteuses telles que le refroidissement par liquide, explique Garimella. Dans le même temps, nous n'ajoutons aucun volume supplémentaire.

Une approche à plus faible volume de refroidissement liquide, cependant, peut être obtenue à partir de coolie , basé à Mountain View, Californie. La société développe une technologie de refroidissement basée sur des microcanaux sous licence de l'Université de Stanford. La technologie est une version plus petite et sur puce de la méthode de la pompe et du tuyau de circulation des liquides. Dans l'appareil de Cooligy, le liquide de refroidissement circule à travers de minuscules canaux creusés dans une couche de silicium qui repose sur une puce informatique.

Girish Upadhya, directeur de l'ingénierie des applications chez Cooligy, fait l'éloge prudent du refroidissement par brise ionique, qu'il appelle une approche unique qui peut avoir des applications spécifiques dans le refroidissement ponctuel. Mais il soupçonne que le dispositif Purdue pourrait s'avérer difficile à intégrer dans les puces informatiques. La partie difficile est de proposer un produit spécifique en utilisant une telle approche, dit Upadhya.

Intel, qui a collaboré avec les chercheurs de Purdue, garde ses options ouvertes. La société a également travaillé sur une approche similaire de pompe à ions avec des chercheurs de l'Université de Washington, à Seattle. (Voir Tiny Pump Cools Chips .)

Mais Garimella est convaincu que le dispositif Purdue donnera des applications pratiques. Cependant, les chercheurs devront d'abord le rendre plus petit et plus robuste. L'appareil est à l'échelle du millimètre, et nous travaillons à le réduire à l'échelle de la dizaine de micromètres, dit Garimella. Un appareil plus petit, dit-il, peut obtenir le même effet de refroidissement avec des tensions plus basses. Et cela, ajoute-t-il, rendrait la technologie commercialement viable.

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