Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door , , 37 reacties

Nextreme beweert een koelsysteem voor chips te hebben ontwikkeld dat tien keer efficinter is dan conventionele koeling. De eerste concrete toepassing voor optische halfgeleiders is al verkrijgbaar.

De warmteontwikkeling van chips en andere halfgeleiders vormt bij verdere miniaturisatie en het realiseren van hogere snelheden een aanzienlijke technische uitdaging. Nextreme denkt de oplossing gevonden te hebben in de vorm van koeling die op de chip wordt geplaatst. De fabrikant zet thin-film thermo-elektrische koelelementen direct op verbindingen binnen een chip. Volgens het bedrijf kan de technologie tot tien keer zoveel warmte afvoeren als conventionele koelingsmethoden.

Koperen koelelementen direct op chipNextreme beoogt de techniek voornamelijk voor de optische halfgeleider-industrie beschikbaar te stellen: het eerste product, de Optocooler genaamd, is geoptimaliseerd voor gebruik met laserdiodes en vergelijkbare optische halfgeleiders. Door de koeling direct op de chip te zetten, kunnen lasermodules kleiner gemaakt worden. Het proced waarmee de Optocooler werd gemaakt, kan ook tijdens diverse stadia van chipfabricage worden toegepast. Aangezien het proces van Nextreme gebruik maakt van conventionele fabricagetechnieken, hoeven hardwarefabrikanten slechts minimale aanpassingen aan hun chipassemblage te maken.

Moderatie-faq Wijzig weergave

Reacties (37)

Laatst stond er een artikel op Tweakers in verband met silicium dat een vl kleinere thermische uitzettingscoefficient heeft dan het silicium dat nu gebruikt wordt. Daarmee hoef je simpelweg niet extra te koelen, maar laat je je chip gewoon op +200C draaien. Alleen met je polletjes afblijven dan! Gewoon een heatsink erop en dan koelt ie vanzelf nog wat beter en dan is er niets aan de hand. Als je temperatuur maar hoog genoeg wordt dan zal de afgevoerde energie gelijk worden aan de toegevoerde energie en is er dus geen probleem.
Alle overige koelmethodes zijn alleen maar energieverspilling en hoe beter ze koelen, hoe meer ze verspillen, denk maar aan phase change cooling.


Edit:
Typo.

[Reactie gewijzigd door High-Voltage2 op 10 januari 2008 23:06]

Als je temperatuur maar hoog genoeg wordt dan zal de afgevoerde energie gelijk worden aan de toegevoerde energie en is er dus geen probleem.
Alle overige koelmethodes zijn alleen maar energieverspilling...
Volgens Q=c m Δt, waarbij Q het vermogen in Watt is, c en m in ditgeval constant zijn en Δt voor het temperatuurverschil staat, wordt er veel warmte opgewekt / energie verbruikt om iets 200C warm te laten worden als de omgeving 20C is. Inderdaad, als je dan extra gaat lopen koelen kost het nog meer energie, maar volgens mij is het zuiniger om iets met een temperatuurverschil van 60C te koelen - je verspilt dan meer energie, maar verbruikt weer minder.

Daar gaat het om, als je minder verspilt door meer te verbruiken, zoals in het geval van die 200, schiet je er dan echt iets mee op? Want het element dat 200 graden is wordt dan wel efficient gekoeld, maar die warmte is meestal niet nuttig te gebruiken - behalve in de winter in een thuissituatie, dan hoeft de verwarming minder hard te branden en is er dus bijna geen energieverlies (op dezelfde manier heeft een gloeilamp in de winter een rendement van 100%; immers ik vind zowel de warmte als het licht nuttig gebruikte energie). Dus die hitte gaat verloren, behalve dan als men er met thermokoppeling weer elekriciteit mee zou maken - maar dan had men beter gelijk die thermokoppeling als koeler kunnen gebruiken!
Dat is onzin, een generator in een warmtestroom kan je vergelijken met een weerstand in een electrciteitstroom. Gelijkstroom, vergelijjk potentiaal voor en na de weerstand met de grond en je ziet wat ik bedoel.

Die 200 graden kan best minder energie afgeven/gekost hebben dan de 60 graden met ruime koeling.

Ok: We gaan uit van steady state:

Warmteproductie is Q:

Q == electrisch verbruik processor.
Q = fi*Cp*DT. fi is de luchtstroom, Cp warmtecapaciteit, DT verschil koude lucht - warme lucht. Stralingsoverdracht en geleiding laten we weg hier, dat is een relatief kleine factor. Alle energie wordt door convectie overgedragen. Bij steady state moeten beide Q gelijk zijn. Bij gelijk electrisch verbruik; dan veranderd de vergelijking in:

DT=K/fi. K is een verzamelconstante, en dus het enige wat er verscheelt is de uitganstemperatuur van je koelunit.

Bij geen actieve koeling kan de temperatuur rustig oplopen tot hogere waarden voor een gelijk electrisch gebruik van de processor. De energiezuinigheid zit hem in het niet hoeven verplaatsen van hopen lucht. Het lijkt niet zoveel maar lucht verpompen vreet toch behoorlijk energie. Het energieverbruk van een ventilator is evenredig met fi*dP. Daar komt nog bij: kleinere fi dan wordt ook dP kleiner.
Volgens Q=c m Δt, waarbij Q het vermogen in Watt is, c en m in ditgeval constant zijn en Δt voor het temperatuurverschil staat, wordt er veel warmte opgewekt / energie verbruikt om iets 200C warm te laten worden als de omgeving 20C is. Inderdaad, als je dan extra gaat lopen koelen kost het nog meer energie, maar volgens mij is het zuiniger om iets met een temperatuurverschil van 60C te koelen - je verspilt dan meer energie, maar verbruikt weer minder.
Neen, je begrijpt het niet helemaal.
Je moet de formule andersom lezen, je vertrekt met een bepaald vermogen wat uiteindelijk resulteert in een temperatuurverschil. Het vermogens dat de chips omzetten in warmte is echter dermate groot dat het temperatuursverschil te groot wordt waardoor de chip te fel uitzet en stuk gaat. Daarom gaan we koelen, door te koelen gaan we een deel van het toegevoerde vermogen afvoeren. Dit resulteert in een lager vermogen dat nog kan dienen om de zooi op te warmen zodat de uitzettig ook minder zal zijn.
Het wil niet zeggen dat als de temperatuur omlaag gehaald wordt door te koelen dat je chip zuiniger wordt.
phase change is dan wel weer een heel erg extreem voorbeeld
maar zoals in de bron al genoemd wordt is het ideaal voor bijvoorbeeld diode modules
diode modules (en lasers) hebben ongeveer een vergelijkbare grootte als geheugen componenten (relatief dan)
het hogere rendement wil zeggen dat de thermische geleiding dus 10x hoger ligt dan van conventioneel materiaal (vaak aluminium).
Dit wil dus zeggen dta het 10x sneller warmte opneemt en afgeeft, op die manier komen ze aan dat hogere rendement.

Vergelijk het met een lepel in de soep, dat duurt ook altijd even voordat die helemaal heet is, en als je hem eruit haalt duurt het ook even om af te koelen, deze elemtjes doen dat dus 10x sneller ;)
Volgens mij doel je op deze link: nieuws: Hybride halfgeleider voor hoge temperaturen ontdekt

Als het bijvoorbeeld over CPU's gaat. Ze hebben het in het artikel over zonnepanelen, laser en leds. Allemaal gelijkspanning toepassingen. Mijn vermoeden zegt dat dit materiaal geen goede hoog frequent eigenschappen heeft.
Daarmee hoef je simpelweg niet extra te koelen, maar laat je je chip gewoon op +200C draaien.
Stel dat je dit zou doen in een Computer behuizing. Dan zou de temperatuur in de kast ook behoorlijk in de richting van de 200 C gaan. Het zou een groot probleem zijn voor veel componenten in de kast. Die niet tegen zo'n hoge temperatuur kunnen.
"thin-film thermo-elektrische koelelementen", is dat zoiets als een Peltier-koeling? Dat was toch erg energie-inefficient? :?

Fantaseert even door... en wat nu als je zo hard koelt dat je in warme supergeleidingsgebieden komt? Of kraam ik nu onzin uit? O-)

[Reactie gewijzigd door Ramzzz op 10 januari 2008 21:54]

Grootste nadeel van een peltier is dat 1 kant ijskoud word maar dat de andere kant al die energie omzet in hitte. Je zit dus met een enorme berg hitte in je kast en een peltier vreet uiteraard behoorlijk meer als een fan
een peltier koelt op zijn eigen niet, het verplaatst warmte van de ene kant naar de andere kant, als je 100W warmte wilt afvoeren en een peltier van 50W gebruikt (om maar een voorbeeld te geven), zal het element dat je koelt koeler zijn dan zonder peltier, maar dan moet je aan de andere kant wel 150W koelen.
Hiermee kan je een element dus onder de omgevingstemperatuur of watertemperatuur (bij waterkoeling) koelen, maar zal je wel een stevigere koeling moeten plaatsen om ook de extra warmte van de peltier af te voeren
Koelen is verplaatsen van warmte.
erger nog.. als je 100 watt wilt koelen, dan heb je ongeveer 150 watt gebruik op je peltier en dus 250 watt weg te koelen op je warme kant...
Ja, dat kan zijn, maar die warmte is soms op een andere plek gewoon makkelijker af te voeren.
is dat zoiets als een Peltier-koeling? Dat was toch erg energie-inefficient?
Ja; van hun site:
...Nextreme's thermoelectric products make use of the Peltier Effect
Volgens Nextreme zelf is dit nieuwe proces echter 10x efficienter dan 'oude' methoden. Specs van hun site:
The UPF OptoCooler removes a maximum of 420 mW of heat at 25C ambient in an active footprint of only 0.55 mm2. As a result, the module can pump a heat density up to 78 W/cm2. At 85C, these values increase to 610 mW and 112 W/cm2, respectively. ... ...a temperature difference of 60C has been achieved across the 60 m (0.06 mm) high Nextreme CPB
Zo te zien is hij effectief omdat de peltier heel erg dun (0.06mm) is. een gewone peltier is al snel 3-4mm dik, dus moet de energie ook 50x verder worden verplaatst
Is het plaatsen van een PC in een koelkast niet veel beter dan (afgezien van je dvd-speler en card reader) ook erg stil
Wel jammer dat het vocht dan condenseert op je componenten, je nog te maken hebt met kabeldoorvoeren en een koelkast nu ook niet het meest efficient is om te koelen. Een beetje koelkast trekt een wattje of 150+ en is dus, ook afgezien van de ruimte, dus niet echt een nuttige koelmethode voor een pc ;)
Wel jammer dat het vocht dan condenseert op je componenten, je nog te maken hebt met kabeldoorvoeren en een koelkast nu ook niet het meest efficient is om te koelen. Een beetje koelkast trekt een wattje of 150+ en is dus, ook afgezien van de ruimte, dus niet echt een nuttige koelmethode voor een pc ;)
Het vocht zal nooit condenseren op je componenten! Daar je componenten een dermate hoge temperatuur hebben dat de dampspanning van water bij die temperatuur hoger is dan de partiele druk van de waterdamp in lucht. Concreet wil dit zeggen dat het water in gasfase blijft.
Wat jij voorhebt is bij bijvoorbeeld phase change cooling. Dit effect ga je ook krijgen op de achterkant van je koelkast, maar nooit op de componenten zelf. Als je een koud element hebt, bv de achterkant van je koelkast (aan de binnenzijde!!) of het koelblok van je phase change coolign system, dan gaat daar de lucht afkoelen waardoor ook de dampspanning afneemt en deze zal bij gevolg kleiner worden dan de partiele druk van waterdamp in lucht met als gevolg dat er zich waterdruppels gaan condenseren. De lucht is op die plaats oververzagigd aan waterdamp.

Edit:
Daarnaast heeft een koelkast nooit voldoende vermogen om je PC'tje te koelen, er zal dus een "vermogensoverschot" zijn wat omgezet wordt in warmte met als gevolg dat de temperatuur in je koelkast altijd maar zal blijven stijgen.
Je hoeft maar te kijken naar wat je PC uit het stopcontact trekt: +/- 200W voor een doorsnee PC. Deze 200W worden volledig omgezet in warmte! Neem daarbij nog het rendement van je koelkast en je ziet direct dat 150W pompvermogen van je koelkast nooit genoeg is om 200W warmte af te voeren.

[Reactie gewijzigd door High-Voltage2 op 11 januari 2008 10:22]

Niet noodzakelijk, 150 W electrisch vermogen van de koelunit kan wel een factor 4 zoveel wegkoelen (reel gebruikte waarde voor airco's) waardoor er 600 W koude ontstaat, en 750 W warmte aan de hete kant. Maar dat is vrij uitgebreid om zo kort te zetten, een kursus koeltechniek is daar meer op zijn plaats. (Voeg hierbij nog een korte inleiding energie/exergie en je hebt gelijk de reden waarom er geen petemuum mobile kan woden gemaakt op deze manier.)

Het maximum rendement is ook afhankelijk van de temperaturen waar we over spreken, hoe groter het temperatuurverschil hoe minder koelvermogen. Wil je het zaakje 5 C houden bij een buitentemperatuur van 25 kan je (kort door de bocht ik kan het fout hebben, is alweer een jaartje geleden) ongeveer 15 W koelen per W, max theoretisch dant. (DT=20, Tc=278, Th=298, DT/Th.)

(Doordat het hete eind van koelen warmer moet zijn dan omgeving om een reele grote voor het hete eind te verkrijgen is je Th weer hoger dan Tomgeving etc, etc.)

(Edit) Wil je echt energiezuinig koelen plaats een adiabatische koeler op je waterkoeling :+ (/edit)

[Reactie gewijzigd door Toontje_78 op 11 januari 2008 12:12]

Haha.. niet eens zo een slecht idee eigenlijk. Dat is wat een rekencentrum doet, de hele zaak koelen dmv airco. De koelkast moet dan wel voldoende capaciteit hebben om het allemaal weg te koelen.
Als ik de bron goed begrijp is dit dus een speciaal soort TEC die meegebakken wordt in de CHIP. Hierdoor kunnen omliggende circuits koeler gehouden worden terwijl de warmte via de ingebakken TEC afgevoerd wordt naar de heat-spreader.

De claim dat deze TEC 10x efficienter is, zou dus betekenen dat de TEC meer warmte kan verplaatsen dan een conventionele TEC bij dezelfde stroomdoorvoer. Rest alleen nog wel de vraag waar we die extra warmte gaan laten. Wellicht dat door middel van dit product de temperatuur van de heat-spreader omhoog kan zonder dat de core zelf kapot gaat. En een warmere heat-spreader is makkelijker te koelen, echter die warmte moet nog wel de lucht in en de kast uit. Ik vraag me af hoe de naastgelegen electronica zou reageren op lucht van 80+ graden. Kortom, over de warmte afvoer zal nog even nagedacht moeten worden.
De claim dat deze TEC 10x efficienter is, zou dus betekenen dat de TEC meer warmte kan verplaatsen dan een conventionele TEC bij dezelfde stroomdoorvoer.
Nee, dit betekend dat deze manier van koelen(met peltier elementen) 10 keer efficienter is als de conventionele(thermopad +koeler) manier. Er wordt niet gesproken over de hoeveelheid energie dat peltier element effectief kan afvoeren, voordat hijzelf weer gekoeld moet worden met een thermopad + koeler.

[Reactie gewijzigd door punica op 10 januari 2008 22:23]

Dan heb je de bron toch echt niet goed gelezen.
It uses a manufacturing technology that allows it to be integrated directly into chip packaging. The module can pump out 10 times more heat than conventional thermoelectric cooling (TEC) modules, claims Nextreme, a spin-off of research institute RTI International.
Dus het betekent dus wel dat het 10x efficienter is dan een hedendaagse TEC.
Bedenk ook dat onder andere door het verkleinen van chips de warmteontwikkeling per vierkante millimeter omhoog kan gaan terwijl de verbruikte stroom omlaag gaat, wat kan leiden tot kleine zones op een chip die een stuk warmer kunnen worden dan dat ze nu zijn. Bij zoiets zou een on-chip warmteafvoersysteem veel uit kunnen maken.

Daarnaast, de trend van telkens meer verbruikende chips lijkt de laatste jaren af te zwakken.
Ik vraag me af hoe de naastgelegen electronica zou reageren op lucht van 80+ graden. Kortom, over de warmte afvoer zal nog even nagedacht moeten worden.
Als ik het goed heb begrepen, is het min of meer te vergelijken met een soort van zeer lokale thermische pasta om lokaal de warmte af te voeren van de paar hotspots op de chip.
Uit het bronartikel:
The unit has an active footprint of 0.55 square millimetres, and at 25 degrees Celsius, removes a maximum of 420 mW of heat, adding up to a heat density of up to 78 W/cm2. At 85 degrees C the values go up to 610 mW and 112 W/cm2, Nextreme said.
Dus het gaat om hele kleine stukjes die een veel betere thermische verbinding krijgen naar de heatspreader, tov de rest.
Dan vermoed ik niet dat de heatspreader heel veel warmer gaat worden, alleen dat de temp van de chip wat minder hotspots zal krijgen.
ik denk dat het er op lijkt , maar met conventionele pelts is je rendement om op te huilen.

ze zullen hun elementjes wel heel erg dun hebben gemaakt , en dicht bij de componenten, dan zal het rendement wel een stuk hoger zijn.
uhmm, wat is het rendament dan? Hoe druk je dat in hemelsnaam uit in peltiers?
Dat hij een -rendement heeft ofzo? Want hij moet koelen alleen hij verwijdert geen energie maar genereert alleen, netzoals bij chips hebben ze volgens mij geen rendement...
Tuurlijk hebben zowel chips als TECs een rendement.

In het geval van chips druk je dit bijvoorbeeld uit als FLOPS per Watt.

Voor TEC kun je het uitdrukken als de verhouding tussen de verplaatste warmte-energie aan de koude kant (in Watt) ten opzichte van de gegenereerde warmte-energie aan de warme kant.
Als een koelsysteem minder rendement heeft, wat gebeurt er dan met de geproduceerde warmte? Er wordt volgens deze theorie bij een lager rendement minder van de warmte gegenereerd 'aan de warme kant' naar de koude kant vervoerd maar het moet wel ergens blijven. Volgens mij hebben we het hier over de snelheid waarmee warmte wordt verplaatst. Als er eerst een temperatuur gradient van 1000 graden voor nodig is voor dat gebeurt (voordat er een evenwicht is bereikt tussen produktie en afvoer) dan is er al iets gesmolten. Het woord rendement wordt imho in de natuurkunde gebruikt om aan te geven hoeveel van de energie wordt gebruikt voor een bepaald doel / de hoeveelheid die in warmte wordt omgezet.

[Reactie gewijzigd door HanslH op 11 januari 2008 07:37]

Rendement in de natuurkunde wordt niet gebruikt om aan te geven hoeveel van de energie gebruikt wordt en welk deel in warmte omgezet wordt.

Rendement wordt gebruikt om aan te geven welk deel van de energie 'nuttig' gebruikt wordt en welk deel niet. Dat die laatste van de tweede vrijwel altijd in warmte omgezet wordt wil niet zeggen dat dat altijd op hoeft te gaan.

Verder is rendement is een getal of percentage zonder eenheid, het is namelijk een quotient. Als ik warmte-stroom-in (Watt) deel door warmte-stroom-uit (Watt) heb ik gewoon een rendement van een TEC.
Erg interresant voor de sensorbakkers ook. Voor camera's is dit soort koeling wel ideaal, want dan zijn nog ruisvrijere resultaten mogelijk.
Ik zie heel veel toepassingen. Laptops (als het energieverbruik redelijk is), veilig overklokken zonder zorgen om temperatuur, mini-beamers, en... de Xbox360 ;)
Paar jaar geleden was er ook iets over microscopische ventilatortjes. Nooit meer wat van gehoord. Een "revolutionair" koelsysteem moet wel HEEL GOED werken, wil het de traditie in de marktverdrijven.
Mmm... Ik dacht dat koeling efficienter werd naar mate de fan groter werd. Nou ja, kan ook verouderde visie zijn. ;)
En daarom zijn veel huizen tegenwoordig goed geisoleerd.
zorgt voor een gelijke waarde van warmte over eenzelfde gebied.

dat is goedkoper en beter dan bijvoorbeeld veel kachels in huis.

hiermee worden hostpots op je cpu dus ook minder warm, aangezien hier die dingen de warmte zo verplaatsen dat de temperatuur gelijkmatig verdeeld wordt.

Hierdoor hoef je minder te coolen, en kan maakt het een cpu zuiniger.

het kan een CPU ook krachtiger maken, aangezien het 2 kanten ingezet kan worden.
Correct me if wrong maar .. is het niet zo dat naarmate de koeling beter wordt we er meer genoegen mee nemen dat de warmterpoduktie hoog en dus het rendement laag is? Dus meer energieverspligging..
Als de warmteafvoer 10 x zo snel gaat en chips zo hoog geklokt worden dat ze ondanks dat op de grens van problemen zitten dan ben je zo langzamerhand met je pc echt substantieel je kamer aan het verwarmen.
Dus geen energieverspilling! scheelt weer op de stookkosten van mn huis ;) 8)7

Maar even zonder dollen, persoonlijk denk ik dat hiermee dus ook meer passive solutions kunnen worden gemaakt wat voor de gemiddelde mediacentre PC gebruiker toch wel erg fijn is.... Ook denk ik aan veel toepassingen in de servers!

[Reactie gewijzigd door Qscenix op 11 januari 2008 08:56]

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.



Apple iOS 10 Google Pixel Apple iPhone 7 Sony PlayStation VR AMD Radeon RX 480 4GB Battlefield 1 Google Android Nougat Watch Dogs 2

© 1998 - 2016 de Persgroep Online Services B.V. Tweakers vormt samen met o.a. Autotrack en Carsom.nl de Persgroep Online Services B.V. Hosting door True