Hybride halfgeleider voor hoge temperaturen ontdekt

Onderzoekers van het ANL te Illinois hebben een nieuw type halfgeleider ontdekt dat niet uitzet wanneer de temperatuur toeneemt. In theorie maakt dit chips mogelijk die kunnen werken op een hogere temperatuur en daarmee op hogere kloksnelheden.

Een van de factoren die de maximaal toegestane temperatuur van een chip bepalen, is de thermische expansie-coëfficiënt, die aangeeft hoeveel de chip krimpt of uitzet als de temperatuur verandert. Wanneer een chip te warm wordt, zet deze te ver uit waardoor de interne verbindingen verbroken worden. Het nieuwe materiaal heeft een coëfficiënt van nul, waardoor dit effect geen roet meer in het eten gooit.

Materialen met deze eigenschap zijn al langer bekend, maar zijn over het algemeen gebaseerd op glas, dat niet geschikt is als halfgeleider. De hybride halfgeleider is deels gemaakt van organisch materiaal en kan transparant gemaakt worden voor toepassingen in (flexibele) schermen. Het materiaal behoudt zijn eigenschappen bij temperaturen tot en met 200 graden Celsius voor tenminste enkele jaren. Ook is het mogelijk de thermische expansie-coëfficiënt aan te passen zodat het materiaal uitzet of juist krimpt als de temperatuur toeneemt.

Volgens de onderzoekers zal dit type materiaal als eerste gebruikt worden in lasers, ultradunne flexibele zonnecellen en leds. Processors die zonder problemen op enkele honderden graden Celsius kunnen werken blijven voorlopig toekomstmuziek.

Reacties (31)

[rRac0on]

Is erg handig voor het geval je fan het begeeft en je proc temp plots omhoog schiet. Hoeft nu de proc niet meer vervangen te worden omdat hij robuster is. Ga ervanuit dat het ook de levensduur ten goede zal komen. (In mijn geval) Dagelijks aan/uit zetten van de pc zal tot gevolg hebben dat de proc dagelijks uitzet/krimpt wat slijtage tot gevolg heeft. Dat is nu ook verleden tijd. Zijn op de goeie weg die gasten.

[Verwijderd]

Vanaf de P4 throttlen de Intels (op tijd) down op het moment van een plotselinge temperatuurstijging, maar sommige processors konden daar minder goed tegen...

Bekijk deze befaamde en spectaculaire video van THG, als je hem nog niet kent;
http://www12.tomshardware...g_video_1_cpu_cooling.zip

[Verwijderd]

Beste mensen,

Er staat toch duidelijk dat het materiaal zijn eigenschappen behoudt tot 200 graden Celsius. Er staat niet, dat cpu's daadwerkelijk 200 graden zullen worden. Dus snap ik de drukte niet over die 200 graden. Als een Ferrari 250 km/u kan, kan je er ook 120 km/u mee rijden. rRac0on heeft het begrepen. Een fan is nog altijd mechanisch en kan, door o.a. ophopingen van stof vastlopen. Het zal niet de eerste keer zijn dat een CPU het begeeft omdat een ^%#$#@& fan van een paar euro het begeeft. Als een processor, gefabriceerd met dit nieuwe materiaal, bij normale bedrijftemperaturen (huidige cpu temps) geen mechanische koeling nodig heeft, maar pas bij echt hoge temperaturen, juich ik dat toe.

@Indigo: ze worden nog steeds warm, ze zijn niet warmte-vrij

[Destralak]

Dit is niet alleen handig voor de productie, maar ook beter voor het energieverbruik.
Een computer, bestaande uit chips met deze nieuwe halfgeleider, zal veel minder gekoeld hoeven worden dan een computer met de huidige soort chips.
Dit omdat 'oude' chips niet te heet mogen worden omdat ze uitzetten. Met deze nieuwe halfgeleider zal de chip pas gekoeld hoeven worden bij 200 graden Celcius.
Hoewel het dan wel erg heet in de ruimte kan worden, bespaart dit toch een grote berg energiekosten als we kijken naar het verbruik van fans.

[bokkow]

Hahaha srry hoor maar de fans verbruik tov de CPU tien keer niks, waar denk je dat die temperatuur vandaan moet komen mocht hij 200 graden worden ooit in de toekomst?

[XLeration]

Je moet het niet zo intrepeteren, als een processor met luchtkoeling 70 graden wordt, en 200 graden mag worden zonder koeling, dan is een fan voor de cpu is dan niet meer nodig .Dat geldt ook voor andere onderdelen als de mobo en graka. In principe is dan een fanloze setup mogelijk.

Je denkt misschien dat het dan veels te heet wordt met 200 graden, maar de hoeveelheid hitte uiteindelijk geproduceerd is evenveel en tenzij je de pc aanraakt zal je er niet veel van voelen.

Het bespaarde energie door fans weg te laten is natuurlijk wel weinig ivm de rest van de pc, maar alle beetjes helpen.

[YopY]

Met 200 graden wordt het toch wel te heet - moderne processors worden zelfs niet zo heet, tenzij ze flink overgeklokt worden. De koeling maakt daarvoor uiteindelijk niks uit.

[Grzzl]

Bij grote getale in een serverpark zal IMHO toch de airco aangepast moeten worden. Hoewel de CPU fan idd niets gebruikt vind ik dit niet een super ontwikkeling. Ik had liever gehad dat ze iets vonden waardoor de halfgeleider koeler blijft in gebruik.

[Indigo]

De temperatuur dat de chip zou kunnen bereiken heeft niks te maken met de koeling. Je hebt nog steeds evenveel koeling nodig om hem af te koelen.

Dit moet je meer zin in serverparken dan in particulier gebruik. Je hebt nog steeds die grote airconditioners nodig om de boel onder controle te houden. En de energie nodig om het te koelen is gelijk aan de hoeveelheid gegenereerde warmte. Dus warmte-vrije chips zou in mijn visie de 'groenste' uitvinding zijn.

[Mijzelf]

Dit hoeft niet zo te zijn. In serverruimten is airco nodig omdat het temperatuurverschil tussen de 'te koelen ruimte' en 'buiten' te klein is. Als dit verschil groot genoeg is, kun je gewoon het gebouw van koelribben voorzien. Wanneer *alle* componenten een hogere temperatuur kunnen hebben, kun je de temperatuur in de serverruimte op laten lopen tot de natuurlijke koeling voldoende is.
(Wel wat onprettig voor de operators, natuurlijk)

[NBK]

Alleen de chips mogen heet worden, overige PC componenten mogen niet zo heet worden en dus zal de ruimte nog steeds op kamer temperatuur gehouden moeten worden.
Om nog maar te zwijgen over personeel wat in ee nruimte rondloopt om defecte servers etc te vervangen.

[YopY]

Leuk en aardig, maar zoals het artikel al aangeeft komt deze techniek waarschijnlijk voorlopig nog niet in processors. Daarnaast, een processor bestaat uit meer dan alleen halfgeleidermateriaal, en voor zover ik weet zijn PCB's e.d. nog niet bestand tegen hogere temperaturen.

Daarnaast, ik zou niet graag met een processor willen werken die meer dan 200 graden wordt. Denk ook eens aan de energie die het opslurpt. Nee, ik heb liever dat ze doorgaan met het verhogen van de prestatie per watt (met wattage < 100) dan weer terug naar het P4 tijdperk waarbij sneller gelijk stond aan meer megaherzen en energieverbruik.

[dcm360]

Klink allemaal heel leuk en aardig en vast ook zeer toepasbaar in, maar 1 dingetje lijkt mij niet zo leu kasl je hier processors van wilt bakken. Ik vind de computer hiet thuis die rond de processor 80 graden Clesius wordt, al redlijk warm en ik hoef dus niet te denken aan een computer waar het binnenin eventjes tichting de 200 graden gaat. En dat van die kloksnelheid en tempreatuur, het is eigenlijk toch niet meer dan het opschuiven van het probleem, want je loopt toch wel weer tegen een temeratuurgrens aan. Daarbij ook nog het volgende: Ben ik de enige die <30% temperatuurnoename (graden kelvin) veel vind? Oké, het is wel vooruitgang, om het niet de grond in te boren, maar toch.

edit:
@steef1983: Inderdaad, had ik nog niet helemaal bedacht, maar ik moest ook snel weg kwam ik net achter toen

@Davey400: Als je het over uitzetten van materialen hebt zijn graden Kelvin misschien handiger. Was misschien niet duidelijk, dus ook maar even aangepast.

[Reactie gewijzigd door dcm360 op 10 augustus 2024 12:21]

[Steefph]

Dit is wel een beetje kortzichtig.

Je kunt het ook van de andere kant bekijken. Je zou met deze techniek chip's kunnen ontwikkelen welke in een veel hogere omgevings temperatuur kunnen fuctioneren. Hiervoor zal deze techniek uitermate geschikt zijn.

Voor thuis toepassingen zal dit niet snel toegepast worden vanwege de kans op brand in een ongecontroleerde omgeving.

[kless]

De reden waarom die hoge temperatuurzo vervelend was is nu weggenomen...
Dat de chip zo heet mag worden zegt nog niks over de restvan de omgeving. maar zo heb je wel een grotere gradient voor warmte afvoer waardoor koelings problemen inderdaad worden opgeschoven maar wel een grotere marge hebben.

[Verwijderd]

Koelen is het in evewicht brengen van een temperatuursverschil. Bij een processor van 60 gr. en een omgeving van 20 gr. is het temperatuursverschil dus 40 gr.
Het klinkt wellicht vreemd, maar als een processor 180 graden is, is het temeratuursverschil met de omgeving dus 160 graden, oftewel 4x zo groot.

Dat wil dus, als ik vroeger goed heb opgelet, dus ook zeggen dat het koelen makkelijker verloopt, en er dus op eenvoudige wijze meer energie afgevoerd kan worden, hoe raar het ook klinkt.

[Synch]

Das natuurlijk logisch. Als je naar het temperatuurverloop van een object van 200 graden zou kijken dan zie je geen rechte lijn. Op het laatste is het temperatuurverschil met de lucht zo klein dat het erg lang duurt voordat het object precies even warm is als de lucht.

[kidde]

Idd, deze chipjes zijn niet bedoeld voor in een PC lijkt me, veel meer voor
-Motormanagement (Toyota heeft al carbide-materialen voor chips ontwikkelt die tot voor zover ik herinner 600C werken las ik in Technisch Weekblad, zie o.a. hier);
-Chemische processen aansturen;
-Hoogovens misschien;
-Space-Shuttles etc.

Volgens mij staat er in het Tnet-artikel daarom ook: In theorie maakt dit snellere chips mogelijk; in de praktijk is het idd. vaak niet praktisch een chip te hebben die boven de 200C wordt. Wel begreep ik dat de nieuwste GPU's van nVidia in fanlass opstellingen temperaturen tot over de 110C bereiken zonder al te veel problemen (voeten uit de buurt van de luchtuitlaat houden neem ik aan).

[GENETX]

Zeer mooie ontwikkeling voor oa Overclockers. Echter zullen er wel weer beperkingen zijn. Ik weet niet wat een PCB aankan voordat het gaat vervormen. Voor PC's lijkt me dan eerder dat de rest de beperkende factor gaat worden. Maar we kunnen er dus nog even op wachten.

Binnenkort dus water koken op je CPU, koffie zetten door je computer en je huis verwarmen. En niet te vergeten eindelijk de Pentium 4 op 10GHz!

[Reactie gewijzigd door GENETX op 10 augustus 2024 12:21]

[miw]

Halfgeleiders op basis van organische materialen staan niet direct bekend om hun goede electronische eigenschappen. Snelle schakelingen op basis van deze technologie zijn dus niet mogelijk. Voor overklokkers is deze uitvinding dus totaal niet interessant. De toepassingen zoals zonnecellen liggen dus veel meer voor de hand.

[iceheart]

*proest@de PIV*

maargoed, PCBs kunnen wel wat meer dan die 200 graden hebben hoor. heel wat meer.

wel een probleem: soldeertin dat gaat op die temps zo ongeveer al smelten

[ATS]

Ik denk dat halfgeleiders op basis van dit soort materialen ook wel toegepast zullen gaan in omgevingen met extreme omstandigheden. Denk aan sensoren die vaak op extreme plaatsen moeten werken, of aan systemen in de ruimtevaart waar vaak grote temperatuursfluctuaties kunnen optreden. Als je weet dat je materiaal niet steeds krimpt en uitzet krijgt het een langere levensduur, en dat is voor een toepassing in bijvoorbeeld een satteliet erg interessant!

[beascob]

het gaat hier om vrij fundamentele wetenschap die zich met meta materialen bezig houdt.
uitgaan van eisen als: inert,wel/niet geleidend, thermisch en optisch manipuleerbaar.
(Deels) organisch materiaal kan meestal geen hoge belasting aan vandaar dat processors nog niet vooropstaan.

[Verwijderd]

Voor thuis gebruik zie ik dit voor me. Stel Jan en Piet zitten samen gezzelig in huis, maar hebben het een beetje koud omdat het vriest buiten. Zegt Jan: ik zet de computer wel even aan... als een chip 200 graden word dan moet die warmte dus ergens naar toe? Het kan niet zomaar weg, hoogstens verminderen.. Je maak dus gewoon een kachel..

[Chrono Trigger]

Dan is het enige struikelblok nog het smeltpunt van dit materiaal t.o.v. Silicium. Maar leuk voor phasechangers evt. Overklokken naar 50GHz ofzo.