Gepumpt: Wasserkühler für Computerchips

  • 22. September 2003

Gepumpt: Wasserkühler für Computerchips


Wasser kühlt besser als Luft. Was Motorenbauer schon lange zu schätzen wissen, entdecken nun auch Entwickler von Chip-Kühlern. Mit zunehmender Gigahertz-Rate produzieren Prozessoren immer mehr Wärme, die abgeführt werden muss. Zahlreiche Hersteller arbeiten geradezu fieberhaft daran, diese Hitze leise und effektiv ohne surrenden Lüfter vom empfindlichen Chip abzuleiten. Eine geräuschlose Wasserpumpe ohne bewegliche Teile – diese Lösung schlägt nun die amerikanische Firma Cooligy vor.

In ersten Versuchen konnte der winzige Wasserkühler Wärmeleistungen von rund 120 Watt pro Quadratzentimeter effektiv entgegenwirken. Auch kleine heiße Bereiche auf den Chips, den „Hot Spots“, mit einer Wärmeentwicklung von bis zu 500 Watt überforderten den Prototyp nicht. Da aktuelle Chips wie der Intel Centrino etwa 35 Watt Wärme produzieren, lässt diese Kühlleistung noch auf deutlich schnellere Taktraten im hohen Gigahertz-Bereich hoffen.

Die geräuschlose Wasserpumpe nutzt das Prinzip der Elektro-Osmose, eine Idee von Ken Goodson von der Stanford University. Eine zyklische Ionisierung der Wassermoleküle sorgt dabei für den nötigen Antrieb im geschlossenen Kühlkreislauf. Dieser verläuft von der Pumpe über ein filigranes Leitungssystem zur Oberseite des Prozessors und wieder zurück. Eine zwei Millimeter dünne Glasscheibe bildet das Herzstück der Wasserpumpe, die rund 200 Milliliter Wasser pro Minute fördern kann. Durch diese Scheibe führen winzige Kanäle von nur einem Mikrometer Durchmesser. Über eine schaltbare elektrische Ladung an der Oberseite der Scheibe werden ionisierte Wassermoleküle durch diese Kanäle hindurch gezogen und gewährleisten so eine ausreichende Zirkulation im Kühlkreislauf. Bewegliche Teile sind für diese flache Wasserpumpe nicht erforderlich.

Für lautlose und effektive Chipkühler setzen auch andere Entwickler auf Flüssigkeiten. So zirkuliert in einem Produkt der Firma Signum Data ein Alkohol in einem Kühlkreislauf durch das abwechselnde Aufheizen auf dem Chip und das darauf folgende Abkühlen außerhalb des Rechner-Gehäuses wie von selbst. Eher klassisch muten da mikrostrukturierte Kühlrippen an, die jedoch durch eine deutliche Vergrößerung der kühlenden Oberfläche im Vergleich zum heutigen Standard die Abführung der Prozessor-Wärme verbessern.

Jan Oliver Löfken


Quelle: Physik Journal, Oktober 2003, S. 14

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