Не секрет, что в настоящее время приблизительно половина потребляемой серверами энергии тратится на их охлаждение. Поэтому поиск эффективных систем охлаждения — актуальный вопрос.
Исследователи из Технического университета Чалмерса (Гётеборг, Швеция) разработали метод эффективного охлаждения электроники с помощью графеновой пленки. Оказалось, что она проводит тепло в четыре раза лучше меди и легко прикрепляется к электронным компонентам, сделанным из кремния. Однако несколько слоев атомов не в состоянии обеспечить отвод большого объема тепла. С увеличением же числа слоев растет и риск отрыва пленки от основы. Решить эту проблему удалось, добавив в графеновую пленку силан APTES (вещество, традиционно применяемое для усиления сцепления битума со щебнем в асфальте). Подвергнутый нагреву и гидролизу он не только улучшает сцепление, но и вдвое увеличивает плоскостную (in-plane) теплопроводность графеновой пленки: до 1600 Вт/мК, при толщине пленки 20 мкм.
На другом континенте сотрудники Университета Райса (Хьюстон, Техас) Ружбе Шахсавари и Навид Сакхаванд завершили первый теоретический анализ возможности применения трехмерного нитрида бора в качестве настраиваемого материала для отвода тепла от электронных устройств.
В двумерной форме гексагональный нитрид бора (или белый графен) выглядит так же, как монослой атомов углерода. Но h-BN является не проводником, а естественным изолятором. Проведенные симуляции показали, что 3D-структуры из плоскостей h-BN, соединенных нанотрубками нитрида бора, будут способны переносить фононы во всех направлениях, как параллельно, так и перпендикулярно плоскости. При этом, чем больше нанотрубок или чем они короче, тем медленнее распространяется тепло, а длинные трубки ускоряют теплообмен.
Этот тип системы объемного управления теплообменом открывает возможности создания тепловых вентилей или тепловых выпрямителей, в которых поток тепла в одном направлении будет отличаться от встречного потока. Благодаря изолирующим свойствам нитрида бора, он может стать удачным дополнением к графену в будущих устройствах трехмерной наноэлектроники.
Применение этих технологий сделает возможным появление более быстрой, миниатюрной и экономичной мощной электроники – светодиодов, лазеров и радиочастотных компонентов.
Исследователи из Технического университета Чалмерса (Гётеборг, Швеция) разработали метод эффективного охлаждения электроники с помощью графеновой пленки. Оказалось, что она проводит тепло в четыре раза лучше меди и легко прикрепляется к электронным компонентам, сделанным из кремния. Однако несколько слоев атомов не в состоянии обеспечить отвод большого объема тепла. С увеличением же числа слоев растет и риск отрыва пленки от основы. Решить эту проблему удалось, добавив в графеновую пленку силан APTES (вещество, традиционно применяемое для усиления сцепления битума со щебнем в асфальте). Подвергнутый нагреву и гидролизу он не только улучшает сцепление, но и вдвое увеличивает плоскостную (in-plane) теплопроводность графеновой пленки: до 1600 Вт/мК, при толщине пленки 20 мкм.
На другом континенте сотрудники Университета Райса (Хьюстон, Техас) Ружбе Шахсавари и Навид Сакхаванд завершили первый теоретический анализ возможности применения трехмерного нитрида бора в качестве настраиваемого материала для отвода тепла от электронных устройств.
В двумерной форме гексагональный нитрид бора (или белый графен) выглядит так же, как монослой атомов углерода. Но h-BN является не проводником, а естественным изолятором. Проведенные симуляции показали, что 3D-структуры из плоскостей h-BN, соединенных нанотрубками нитрида бора, будут способны переносить фононы во всех направлениях, как параллельно, так и перпендикулярно плоскости. При этом, чем больше нанотрубок или чем они короче, тем медленнее распространяется тепло, а длинные трубки ускоряют теплообмен.
Этот тип системы объемного управления теплообменом открывает возможности создания тепловых вентилей или тепловых выпрямителей, в которых поток тепла в одном направлении будет отличаться от встречного потока. Благодаря изолирующим свойствам нитрида бора, он может стать удачным дополнением к графену в будущих устройствах трехмерной наноэлектроники.
Применение этих технологий сделает возможным появление более быстрой, миниатюрной и экономичной мощной электроники – светодиодов, лазеров и радиочастотных компонентов.
Комментарии (9)
rPman
23.07.2015 23:35Этот тип системы объемного управления теплообменом открывает возможности создания тепловых вентилей или тепловых выпрямителей, в которых поток тепла в одном направлении будет отличаться от встречного потока.
Демон Максвела?
nkie
Так как же с приминением этих технологий решается озвученная вами проблема:
Из-за хорошей адгезии к кремнию графеновые пленки будут использоваться как более хорошая теплопроводящая прослойка между кремниевым чипом и корпусом микросхемы. Ок. Но потом то это тепло нужно будет еще отвести от корпуса. На это собственно и тратится «приблизительно половина потребляемой серверами энергии».robofox
Опускаете сервер в «сухую воду» и нет проблем.
ploop
С серверами и так нет проблем. Проблемы с портативной электроникой, а так же отдельными компонентами (как упомянутые лазеры)
Sykoku Автор
Если бы с серверами не было проблем, то, наверное, не размещали бы их в зоне вечных снегов (Facebook — Лулеа, Google — Финляндия) и не встраивали бы жидкостное охлаждение напрямую в юниты. (http://www.fujitsu.com/ru/products/computing/servers/primergy/scale-out/cclc/)
ploop
Я бы не называл это проблемами, скорее сложностями. А вот отвод тепла от кристаллов — проблема.
Sykoku Автор
С моей точки зрения сложность — это способ решения задачи существующими или разрабатываемыми на основе существующих методами. Давайте вспомним историю охлаждения CPU: радиатор, вентилятор на радиаторе, медный радиатор, специальный термослой, большая крышка кристалла. Потом началось уже творчество — планирование потоков воздуха, приточные вентиляторы, перфорация корпуса, внутренняя компоновка по температурным режимам, смена воздушных систем охлаждения на водные и масляные и т.д.
Только вот осталась одна проблема — тепло из корпуса забрали. Быстро, эффективно, с минимальными потерями. А дальше? — рядом еще куча таких же братьев по несчастью…
Sykoku Автор
В кристаллах вечная проблема — локальные нагревы. До сих пор кэш в CPU потребляет больше всего. В момент перезаписи возникает импульсный нагрев строки, который просто некуда деть — рядом такие-же горячие зоны. Вспомните картинки температурных зон кристаллов от Intel и AMD. Была еще Transmeta, способная работать вообще без радиатора (в далеком 2000-м году). А пока все, что не имеет радиатора (хоть материнская плата в настольном ПК, планшете или ноутбуке, хот в смартфоне) живет от силы лет 5. Последние годы — особенно мучительно для пользователя, т.к. уже идут полным ходом процессы деградации и кристалла и его места соединения с платой.