IBM verbetert systeem voor chipkoeling

Onderzoekers van IBM hebben een zelfuitgevonden methode om de koeling van chips efficiënter te maken nog verder verbeterd. Dankzij de techniek kunnen processors sneller draaien of actieve koelsystemen stiller danwel passief gemaakt worden.

Het onderzoekslaboratorium van IBM in Zürich ontdekte vorig jaar al een methode om chips te koppelen aan een koelelement, door in de keramische toplaag van de cpu een patroon van kleine groeven te etsen. De koelpasta en het daarop geplakte koelelement kregen zo een beter contact met de processor, waardoor de warmte zich gelijkmatiger kon verspreiden. Dit effect wordt veroorzaakt doordat de koelpasta, die vol zit met kleine metalen of keramieke deeltjes, zijn warmte sneller 'naar boven toe' kan afvoeren.

Met de verbeterde methode gaan de onderzoekers nog een stap verder door hetzelfde patroon van groeven ook aan de onderkant van het koelelement te etsen. Zo wordt de afstand tussen chip en koelelement weer iets kleiner, waardoor de warmte nog efficiënter - tot drie keer beter - kan worden afgevoerd. Een bijkomend voordeel is dat er minder druk op de koelpasta hoeft te worden uitgeoefend om het goedje netjes en gelijkmatig tussen chip en heatsink te persen. Daardoor lopen de kwetsbare contactpunten aan de onderkant van de processor minder risico op beschadiging. Ook kunnen pasta's met een hogere dichtheid gebruikt worden. Dergelijke pasta's kennen een nog betere warmtegeleiding maar zijn minder 'kneedbaar'.

Door de verbeterde koelmogelijkheden denkt IBM dat processors hoger geklokt kunnen worden of dat de actieve luchtkoeling vervangen kan worden door een passieve. Een andere mogelijkheid is dat de ventilatoren minder toeren per minuut nodig hebben, zodat een stiller systeem mogelijk is. IBM is met andere bedrijven bezig om machines te ontwikkelen die het benodigde groevenpatroon kunnen etsen in zowel chips als koelelementen.

Reacties (34)

[Verwijderd]

Als ik het even vertaal:

Het teveel aan koelpasta kan in de groeven gaan zitten, i.p.v. dat je het helemaal naar de zijkant van de chip moet duwen. Daardoor is het makkelijker een uiterst dunne film van koelpasta te creeren, en dus is de warmte overdracht beter.


Hoe minder koelpasta, hoe beter. Immers, de beste overdracht van warmte is nog altijd van chip direct naar heatsink, zonder iets er tussen. In de praktijk krijg je door allerhande effecten op heel veel microscopisch kleine plekken lucht tussen de chip en heatsink. De koelpasta is er slechts voor om die lucht op te vullen met iets dat beter geleid. Maar de geleidbaarheid van koelpasta is nog altijd een factor 50 slechter dan koper... Je wilt dus ten allen tijde voorkomen dat je koelpasta tussen cpu en heatsink krijgt, waar je een direct contact had kunnen krijgen. En dat is dus waar dit systeem iets aan doet.... zorgen dat je het absolute minimum aan koelpasta gebruikt.


De tekst in het bron artikel is trouwens stukken duidelijker dan de vertaling hier...

[Soldaatje]

En dat is dus waar dit systeem iets aan doet.... zorgen dat je het absolute minimum aan koelpasta gebruikt.

Dat kan niet want door het etsen neemt de inhoud toe en gaat er juist meer pasta tussen koelplaat en chip zitten.

Pasta is wel beter dan lucht idd want bestaat uit metaal.

Het wordt trouwens wel moeilijker schoonmaken die ouwe pasta als het in die groeven gedrukt is. Even je core 2 duo in de afwasmachine kan ook niet...

[raphidae]

Grappig dat je dat opmerkt, mijn core 2 duo heb ik namelijk 2 maanden terug gewoon in de afwasmachine schoongemaakt nadat ik 'em verving voor een quad

Ik zie ook niet in wat het probleem is, de proc is waterdicht en een afwasmachine wordt niet warm genoeg om effect te hebben op de soldeerverbindingen...

[Calavoow]

Volgens mij begrijp je het verkeerd. Het teveel aan koelpasta gaat juist de etsen in om ervoor te zorgen dat er nog minder ruimte zit tussen het koelelement en het te koelen element. Dit doe je door druk te plaatsen op het koelingselement, waarmee je zoveel mogelijk koelpasta wegdrukt in de groeven. Het is niet zo dat je door die etsen juist de ruimte voor de koelpasta vergroot, die druk je namelijk gewoon weg en de koeling 'veert' namelijk niet terug ofzo

[kikkervis]

Het klopt dat het op dit moment de trend is naar zuiniger en minde warmte producerende onderdelen. Maar er zijn twee belangrijke uitzonderingen.

Als je een onderdeel iets zuiniger maakt, maar het wordt ook kleiner is er een redelijke kans dat het oppervlak om de warmte af te voeren ook kleiner wordt. Dus zal de warmte afvoer verbeterd moeten worden.

Twee, weet iedereen wel wat IBM allemaal voor gedrochten aan processoren maakt?? Als ergens een klant om alleen voor hem duidelijke redenen meer rekenkracht nodig heeft....IBM maakt samengestelde (P5) processoren waar je zonder problemen je huis mee verwarmd. Voor het hi-end gebeuren ontwerpen ze rustig een nieuwe standaard, aangezien ze toch alles in één hand kunnen houden.

[Verwijderd]

Dit is al geruime tijd in gebruik bij waterblokken. Niet met keramiek, maar wel het idee van blokken voor het vergroten van de oppervlakte.

http://www.zalman.co.kr/upload/product/zm_wb4_c_p.jpg

Zelf heb ik het eerste CPU-waterblok van Zalman en daar zat gewoon een simpel gat in de binnenkant.

[Verwijderd]

Hoewel de blokjes er hetzelfde uitzien, gaat het daar om een compleet ander principe.

Bij zo'n waterkoeling heb je maar twee componenten: water en heatsink. In dat geval wil je een zo groot mogelijk oppervlak. Iets anders wat je wilt is een flink turbulente stroom aan het oppervlak. Beiden worden bewerkstelligt met zo'n contructie.

Bij een cpu is er iets heel anders aan de hand. Daar heb je 3 componenten: cpu, koelpasta en heatsink. De koelpasta is weliswaar een veel betere warmte geleider dan lucht, maar nog altijd een waardeloze geleider t.o.v. de heatsink. De truuk hierbij is dus om zo min mogelijk koelpasta te gebruiken, zonder dat er daarbij plekken met lucht ontstaan. De ideale situaties is geen koelpasta, maar ook geen lucht. En dat is wat dit systeem moet bewerkstelligen. Het gaat absoluut NIET om het vergroten van het oppervlak.

Vergelijk het met een autoband. Je hebt daar groeven, om te zorgen dat er geen (nauwelijks) water tussen rubber en asfalt blijft zitten, zodat je het beste contact tussen rubber en asfalt krijgt. Het water komt in de groeven.

Dat is precies wat IBM hier ook probeert te creeeren. cpu is rubber, heatsink is asfalt, koelpasta is water, wegcontact is warmtedoorvoer.

[Soldaatje]

Bij zo'n waterkoeling heb je maar twee componenten: water en heatsink.

En koelpasta.

[raphidae]

Niet aan de binnenkant hoop ik

Uiteraard zit er aan de andere kant van een waterblok ook koelpasta (als het goed is), en misschien zelfs ook wel een CPU!

[Verwijderd]

Daar heb je een punt, zo heb ik het nog niet bekeken.

[s_xero]

Goh, jij hebt een aparte PC.

[Verwijderd]

Puur objectief een mooie evolutie maar...
temperatuur is op het moment niet echt de bottleneck niet meer, eerder het hoge energieverbruik van de hoog geklokte cpu's, als ze daar nu eens een techniek voor bedenken.

[d-snp]

Je kunt ook stroom besparen, of tenminste geluid door ventilatoren te elimineren, ook een hele vooruitgang voor laptops. Overigens bespaar je ook wat stroom als je chip cooler is, gezien metaal doorgaans een hogere weerstand krijgt met een hogere temperatuur.

[catfish]

dat vind jij misschien, maar er zijn zat mensen die liever een passieve pc zouden willen en dat kan met een C2D toch echt niet (tenzij je serieus gaat onderklokken)

[joost.van.donge]

Dat is tegenwoordig goed mogelijk hoor, passieve C2D...
Heb hier met mijn E4300 ook gewoon op 2.6GHz draaien met 1.2v... Dan is het voltage wel iets naar beneden geschroefd, maar zeker een goede 45% overklok. Dit is echter wel op een Thermalright SI-128. Maar het is met de ontwikkelingen van tegenwoordig goed mogelijk!

[Stevendefeij]

Je gaat overclocken met een lager voltage ????

Ben benieuwd wat er zou gebeuren als jij in Gentoo KDE zou compileren.

CRASH CRASH CRASH CRASH CRASH!!!

Gozer een C2D is stabiel maar om het voltage omlaag te zetten als je gaat overclocken terwijl het standaart voltage maar net aan genoeg is??

Het zal in de praktijk wel meevallen omdat de C2D echt niet van deze wereld onderklokt worden door intel maar waarom in vredensnaam voltage verlagen als je gaat overclocken.

[Amdk6II]

@ Stevendefeij.

Als Intel zoveel mogelijk E4300 cpu's wil verkopen word er getest of een cpu met een bepaalde voltage de gewenste fabriekssnelheid kan halen.
Maar bij goede yields kan het best voorkomen dat er chips verkocht gaan worden die meer kunnen dan waar ze op getest zijn.
Bij slechte yields zijn de kansen op betere chips (voor ocen) al een stuk kleiner.

Bovendien scheelt het nogal in de warmteontwikkeling om minder voltage te gebruiken.
Als joost zijn cpu voldoende gestresstest heeft (en niet een oogje toeknijpt... -error in prime na 6 uur bijvoorbeeld-) zegt dit wat over de goede yields van Intel.
Het kan best zijn dat hij nog veel meer kan overklokken maar het voltage dan hoger dan stock moet zetten.

Als ik het goed heb zijn de C2D nogal goede overclockers.

[Verwijderd]

Ik zou het toch echt wel mooi vinden als ik straks een leuke proc en een flinke videokaart heb EN helemaal niks hoor

[Avalaxy]

Bij de allernieuwste CPU's mischien niet, maar bij iets oudere CPU's als de Athlon 64 en Pentium 4 heb je toch wel een goede koeler nodig als je ver wilt gaan clocken. Daarvoor zou deze techniek wel mooi van pas komen imo.

Een koperen koelblok, gebruik makend van deze techniek, een dikke 120MM ventilator erop, nieuwste Zalman koelpasta, en overclocken maar En dan is het nog stil ook.

[Iet]

Alleen zijn die natuurlijk wel een keer uit-geproduceerd als dit uit-ontwikkeld is. Dus het is enkel voor nieuwe procs interessant... en ach, elke vooruitgang is er een, toch?

[mastercard]

hoezo smelten ze niet gewoon het koelblok aan de cpu vast?

dan heb je toch helemaal geen koelpasta meer nodig.. gwn koper der tussenin

[raphidae]

Dat idee heeft Intel gedeeltelijk gebruikt door de 'geintegreerde' heatspreader op de die...

Een complete sink op de die maken lijkt me problematisch aangezien je dan 300g tot zo maar een halve kilo aan de CPU vastmaakt, met als gevolg een hoop kapotte CPU's doordat mensen de sink niet apart vastmaken en dergelijke.

Naast dat de CPU dan nutteloos wordt voor mensen die met vloeistof willen koelen of gewoon wat meer geld willen uitgeven voor een duurdere sink die wat betere specs heeft.

[Vyo]

op zich wel een idee voor de OEM markt eigenlijk, of speciale versies van de topmodellen ofzo als het zoveel beter zou koelen

[Mr_gadget]

Mooie onderzoeken van Big Blue!

Maar hoe kan je ooit die twee groeven van chip en koeler op elkaar uitlijnen zodat het in elkaar valt?

[Verwijderd]

Dat is niet hoe het werkt. De groeven van chip en koeler zijn niet dezelfde grootte. Ze vallen NIET in elkaar.

[Verwijderd]

wat ze doen is dus eigenlijk een hele luxe manier van schuren, zodat de pasta op meer oppervlak kan hechten en dus meer warmte geleid.

[Keneo]

wat ik niet snap is dat de ventilatoren minder snel zouden moeten draaien omdat er meer warmte van de cp naar het koelblok gaat?

de cpu wordt koeler, maar het heatsink toch juist warmer?

[darthdrinker]

Pfff en ik altijd maar schuren en poetsen om de onderkant van mijn koelblok glad te krijgen.

* darthdrinker pakt zijn schroevendraaier en begint te krassen.

[d-snp]

Ja zo werkt het dus niet , de groeven moeten wel op de plekken zitten waar de chip uitsteekt. Je wilt je koelblok zo glad mogelijk om er voor te zorgen dat er zoveel mogelijk contact is met de chip. Je wilt zo min mogelijk koelpasta daartussen.
@musbak: Ik dacht dat koper en andere metalen beter geleiden dan koelpasta dus je zou willen dat het koper zo dichtbij de chip is als mogelijk. AHBdV verklaart het helemaal.

[Verwijderd]

je wilt zoveel mogelijk contact met je koelblok, dus dan wil je zoveel mogelijk warmte overbrengen van de chip, en de meeste oppervlakte bedekken van de chip om zoveel mogelijk warmte op te nemen dmv koelgeleidende koelpasta.

en door die groefjes neem je net 5x zoveel oppevlakte in op de chip met je koelpasta (ongeveer) dus 5x meer geleiding naar je koelblok

denk ik

[_Thanatos_]

leuk, maar de koeler moet uiteindelijk nog evenveel warmte kunnen afvoeren. Deze techniek betekent niet dat chips stiller gekoeld kunnen worden, maar alleen dat men veiliger meer warmte richting de heatsink kan pompen.

Wat dat betreft vind ik dit dus meer een gevolg van de achteruitgang...

[Verwijderd]

maar uhm.... meer hitte naar koelblok is toch beter dan dat al die hitte zich opstapelt in de chip?!
maak dan een gigantisch koelblok hé al dan niet met fan, je koelblok zal iig veel meer "heat" van je processor afnemen dankzij deze techniek...