Ионный микронасос для охлаждения компьютерных чипов.

Данное устройство использует электрический заряд для прокачки охлаждающего воздуха прямо по поверхности чипа. Оно будет важным для дальнейшего развития компьютерной техники, так как микросхемы будущего будут еще меньше, компоненты в них будут упакованы еще плотнее, и они будут выделять больше энергии, чем сегодняшние чипы. В результате, компьютеры завтрашнего дня потребуют системы охлаждения, более эффективные, чем используемые сейчас радиаторы и вентиляторы.

«С подобным наносом мы можем интегрировать все систему охлаждения прямо на чип. – комментирует Александр Мамишев (Alexander Mamishev), профессор электротехники и глава проекта. – Это позволит нам делать охлаждение так, как раньше не было возможно». Он также добавляет, что созданный его группой микронасос представляет собой первое устройство таких масштабов, работающее по данному принципу. «Идея витала в воздухе уже несколько лет. – поясняет он. – Но вплоть до настоящего времени никто не продемонстрировал работающий прототип».

Мамишев и его докторанты Нельс Джуел-Ларсен (Nels Jewell-Larsen) и Чи-Пен Су (Chi-Peng Hsu) представили результаты своей работы ранее этим летом на Объединенной конференции по термофизике и передаче тепла (Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference). Кроме того, ученые совместно со своими коллегами из Kronos Advanced Technologies и Intel Corp. получили грант в размере $100 тыс. на проведение второй фазы исследований.

При работе устройство использует электрическое поле для ускорения воздуха до скоростей, ранее достижимых только традиционными методами. Тестовые испытания прототипа показали, что он заметно охлаждает поверхность, к которой подводится 0.6 Вт тепла.

Прототип состоит из двух основных компонентов: эмиттера и коллектора. Эмиттер представляет собой наконечник с радиусом в 1 микрон (на толщине человеческого волоса может поместиться до 300 таких наконечников). Он создает ионы воздуха – электрически заряженные частицы, которые ускоряются к поверхности коллектора под действием электрического поля. Соответственно, так как ионы двигаются от эмиттера к коллектору, то они создают и поток воздуха, который уносит избыточное тепло. Величина потока может контролироваться изменением напряжения между эмиттером и коллектором.

Разработка является ключевой для будущих компьютерных приложений, где высокая производительность будет достигаться за счет более плотной упаковки компонентов. Большая плотность означает и большее тепловыделение, а значит, и возросшую необходимость в новых системах охлаждения, которые заменят шумные и малоэффективные радиаторы и вентиляторы.

«Поэтому нашей целью было создание охлаждающей системы, которая будет встраиваться прямо в чипы следующего поколения. – говорит Джуел-Ларсен. – Она сможет справиться с их возросшим тепловыделением». Однако он добавляет, что некоторые вопросы еще остались нерешенными. Так, сюда входит разработка математических моделей по контролю крупных систем чипов со встроенными кулерами. «Сами микронасосы также являются сложными, динамическими системами. – добавляет Мамишев. – Здесь мы имеем микропоток, электродинамические силы, электрические поля и движущиеся заряды». Наконец, еще одной задачей является нахождение наилучших материалов. «Очевидно, что здесь перспективно использовать нанотрубки и другие наноструктуры, и это то направление, по которому мы сейчас двигаемся», - заключает Джуел-Ларсен.