Aus dem Forschungslabor

Das kalte Herz

Mit Microfluid Cooling Systems wollen Forscher und Ingenieure der Halbleiterindustrie schon seit fast 20 Jahren für eine effizientere Kühlung von CPUs sorgen. Die Idee einer Flüssigkeitskühlung mit feinen Kanälen, die direkt auf dem Chip sitzen und dadurch eine bessere Kühlung als herkömmliche Lösungen ermöglichen, ist nicht neu – doch jetzt soll die Kühlung noch näher an das Silizium rücken, genauer: in das Silizium. Das Potenzial zur Einsparung der Kühlenergie in Rechenzentren ist enorm.
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Das herkömmliche Verfahren, die Wärme aus der IT abzuführen, nutzt Kühlrippen und ein Gebläse sowie voll klimatisierte Rechenzentren. Doch dieser Ansatz ist nicht nur Platz raubend und laut, sondern auch so wenig effizient, dass viel Energie verschwendet wird. Allein die Rechenzentren in den USA verbrauchen laut einer Rechnung rund 24 Terawattstunden Energie und 100 Milliarden Liter Wasser pro Jahr für die Kühlung.

Die Wärme wandert im konventionellen Kühlverfahren auf ein externes Aggregat, das beispielsweise der CPU aufsitzt, und von dort aus dem RZ heraus. Oder sie verlässt zumindest – sofern schon moderne Methoden Anwendung finden – den Rechner, um an anderer Stelle beispielsweise per Wärmetauscher eine neue Aufgabe zu erhalten. Wesentlich eleganter wäre es jedoch, das Kühlmittel direkt an die heißen Stellen zu bringen. Das will ein Forscherteam um Elison Matioli von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne erreichen.

Wasser kühlt die CPU von innnen

Wie Matioli und Kollegen berichten, entsteht der Kühleffekt durch Wasser, das durch Kanäle gepumpt wird, die durch das Silizium des Chips parallel zu dessen Oberfläche verlaufen. Von diesen Kanälen wiederum zweigen zahlreiche winzige Schlitze nach oben ab, an deren Ende sich gut wärmeleitendes Kupfer befindet. So gelangt die Wärme ins Wasser.

Die Vorrichtung kommt mit sehr wenig Pumpenergie aus, bietet aber trotzdem eine äußerst effiziente Kühlung. Das ergab zumindest ein Test im Labor, für den das Forscherteam den Prototyp eines elektronischen Gleichrichters mithilfe dieser Technik kühlte. Dessen Wärmefluss von 1,7 Kilowatt pro Quadratzentimeter ließ sich mit einem Energieeinsatz für das Pumpen von 0,57 Watt pro Quadratzentimeter unter Kontrolle bringen. Dadurch verbesserte sich die Leistung des Bauteils gegenüber einer ungekühlten Variante deutlich.

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