IBM Forscher entwickeln nächste Generation der Chipkühlung

Zu den gewichtigsten Problemen von Elektronikentwicklern zählt die effektive Chipkühlung. In der Größenordnung von mehreren Kochplatten erzeugen heutige Hochleistungschips eine Energiedichte von 100 Watt pro Quadratzentimeter. Umso weiter die Forschung voranschreitet, desto höher wird die Energiedichte der Chips. Schon bald werden herkömmliche Kühlungstechnologien, basierend auf Luftumwälzung, ihre Grenzen erreicht haben. Da die benötigte Energiemenge zur Kühlung des Systems schon fast mit der benötigten Energie für das eigentliche Computing gleichzusetzen ist, verdoppelt sich auch der Kostenblock für die Energieversorgung.

Die IBM Forscher setzen am Verbindungspunkt zwischen Chip und den Kühlkomponenten an. Um die Hitze besser abzutransportieren, wurde eine Chipkappe entwickelt, welche baumähnlich verzweigte Kanäle an der Oberfläche aufweist. Auf diese Weise kann ein zehnfach verbesserter Hitzeabtransport als bisher erreicht werden. Modell für dieses Projekt stand die Biologie, wo sich verzweigte Kanäle zum Beispiel in Blättern oder Wurzeln finden. Dank dieses Aufbaus werden große Volumen mit geringer Energie bedient.

Die Züricher Forscher wollen ihr Projekt nun weiterentwickeln und einen Ansatz für neuartige Wasserkühlungen finden. Dabei wird auf der Rückseite eines Chips Wasser verteilt und wieder abgesaugt. Das geschlossene System soll aus bis zu 50.000 Ausbringungspunkten und einer komplexen baumartigen Rückführungsarchitektur bestehen.

Indem die Strukturen direkt auf der Rückseite des Chips aufgebracht werden, können die Wärmeschnittstellen zwischen Kühlsystem und Silizium vermieden werden. Die ersten Laborergebnisse können sich sehen lassen. Das Forscherteam konnte mit Hilfe der neuen Methode eine Energiedichte von bis zu 370 Watt pro Quadratzentimeter allein durch Wasser kühlen. Im Gegensatz zu derzeitigen Luft-Kühlungstechnologien verbraucht das System dabei jedoch viel weniger Energie.