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Ein mit ionischem Wind gekühlter Laptop
Jeder, der einen Laptop verwendet, kennt das Surren des Lüfters, der anspringt, wenn die Temperatur des Prozessors etwa 100 ° F erreicht. Da Laptops und andere Elektronikgeräte kleiner und dünner wurden, haben Forscher begonnen, nach alternativen Kühlmethoden zu suchen, die weniger Platz benötigen und leiser sind.
Kühlung: Diese Infrarotbilder zeigen das Ionenkühlsystem von Tessera in Aktion. Nach dem Einschalten des Geräts führt eine Luftwolke die Wärme vom System weg.
Eine neuartige Idee besteht darin, ein System zu kühlen, indem Ionen verwendet werden, um Luftmoleküle über einen heißen Mikroprozessor zu drücken, wodurch eine kühlende Brise erzeugt wird. Sogenannte ionische Kühlsysteme wurden bereits in Forschungslabors demonstriert, aber jetzt Karte , ein internationales Chipverpackungsunternehmen mit Sitz in San Jose, Kalifornien, hat ein Ionenkühlsystem demonstriert, das in einen funktionierenden Laptop integriert ist.
Forscher von Tessera und der University of Washington präsentierten auf der IEEE Semi-Therm Symposium März. Das System kann einem Laptop etwa 30 Prozent mehr Wärme entziehen als ein herkömmlicher Lüfter, und Labortests zeigen, dass es potenziell nur halb so viel Strom verbrauchen könnte, sagt das Unternehmen.
Der Ionenkühler basiert auf einer Arbeit, die ursprünglich im Jahr 2006 von Alexander Mamishev , Professor für Elektrotechnik an der University of Washington, und seinen Kollegen. Letztes Jahr hat Tessera die Technologie lizenziert und das Unternehmen hat sie seitdem so modifiziert, dass sie in einen Laptop passt. Er führt nicht nur Wärme effizienter ab als ein Lüfter, sondern hat auch einen leisen Betrieb – keine beweglichen Teile, sagt Mamishev. Dies ist ein großer Meilenstein.
Die frühen Arbeiten konzentrierten sich auf Prinzipien, sagt Ken Honer, Direktor für Forschung und Entwicklung bei Tessera. Wir konzentrieren uns jetzt darauf, es zu optimieren und in kleine Formfaktoren einzupassen. Dazu gehören nicht nur Notebooks, sondern auch Spielesysteme, Beamer und Server, sagt er.
Die Entwicklungen von Tessera zeigen sicherlich das Potenzial für die EHD-Kühlung, sagt Suresh Garimella , Professor für Elektrotechnik an der Purdue und Direktor der Universität Forschungszentrum für Kühltechnologien . Ihre Ergebnisse sind ein positiver Schritt für diese Technologie.
Der Ionenkühler von Tessera befindet sich in der Nähe einer Lüftungsöffnung im Inneren des Laptops. Heatpipes, die Wärme durch Verdampfung und Kondensation einer Flüssigkeit übertragen, leiten Wärme von den Prozessoreinheiten des Computers und zum Ionenkühlsystem ab. Im Inneren des Ionenkühlgeräts befinden sich zwei Elektroden: eine, die Luftmoleküle wie Stickstoff ionisiert, und eine andere, die als Empfänger für diese Moleküle fungiert. Beim Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Elektroden fließen die Ionen von der Emitterelektrode zum Kollektor. Während sie sich bewegen, drückt ihr Impuls neutrale Luftmoleküle über einen heißen Punkt und kühlt ihn ab.
Eine der Hauptherausforderungen bei der Integration eines Ionenkühlsystems in einen Laptop bestand darin, einen ausreichend kompakten Spannungswandler zu entwickeln, der die 12 Volt Gleichspannung des Laptop-Akkus in die etwa 3.000 Volt umwandeln kann, die für den Betrieb des Kühlers erforderlich sind. Mit einer Stromversorgung aus einer Kaltkathoden-Leuchtstofflampe konnten die Ingenieure des Unternehmens eine nur drei Quadratzentimeter große Stromversorgung konstruieren.
Tessera ist nicht das einzige Unternehmen, das ionische Brise als Mittel zur Kühlung von Unterhaltungselektronik betrachtet. Forscher in Garimellas eigenem Labor in Purdue haben eine ähnliche Technologie demonstriert, die von einem jungen Startup aus dem Silicon Valley namens Ventiva kommerziell entwickelt wird.
Für die nächste Laptop-Generation ist jedoch keine der beiden Technologien bereit. Eine große Herausforderung wird die Zuverlässigkeit der Elektroden sein. Laptops sind für eine Betriebsdauer von mindestens 30.000 Stunden ausgelegt, und in frühen Tests des Ionenkühlsystems korrodierten bestimmte Elektrodenmaterialien zu schnell. Ohne nähere Angaben zu machen, sagt Honer, dass die Ingenieure des Unternehmens aufgrund angemeldeter Patente bessere Materialien identifiziert haben und sich auf die Optimierung ihrer Lebensdauer konzentrieren.
Eine weitere Hürde für die Technik ist die Staubansammlung. Honer sagt, seine Ingenieure versuchen sicherzustellen, dass der Ionenkühler so unempfindlich gegen Staub ist wie ein Lüfter. Er fügt hinzu, dass eine Möglichkeit, den Kühler vor potenziell schädlichen Partikeln zu schützen, darin besteht, einen Vorfilter zu verwenden.
Laut Craig Mitchell, Senior Vice President der Division Interconnect, Components and Materials von Tessera, plant das Unternehmen, im nächsten Jahr auf die Kommerzialisierung vorbereitet zu sein. Mitchell konnte nicht sagen, wie viel der Ionenkühler kosten wird, aber er sagte, dass er sich im Rahmen dessen befinden würde, wo er sein sollte.
Honer warnt jedoch davor, dass die Technologie noch relativ jung ist. Es ist noch ziemlich früh in seiner Adoptionskurve, sagt er.