Nederlandse onderzoeker ontwerpt nieuwe chipkoeling

Een Nederlandse onderzoeker heeft twee nieuwe methodes voor de koeling van chips bedacht. De concepten zijn volgens de onderzoeker kosteneffectief en kunnen in combinatie met bestaande koeltechnieken worden gebruikt.

Volgens Wessel Wits, promovendus aan de universiteit van Twente, is het beteugelen van de warmteafgifte van chips de belangrijkste uitdaging bij het ontwerpen van computerchips. Hoewel de laatste jaren grote vorderingen zijn gemaakt met conventionele lucht- en waterkoeling, stelt Wits dat een 'geïntegreerde en multidisciplinaire' aanpak nodig is om processors en andere chips te koelen. In zijn proefschrift heeft hij twee nieuwe methodes voor de koeling van pcb's beschreven. Op beide concepten is octrooi aangevraagd.

De eerste methode is directly injected cooling gedoopt en heeft betrekking op bga-chips. Door via een klein gaatje in de socket lucht te injecteren, kan de onderkant van de chip gekoeld worden. De warme lucht wordt daarna via de openingen tussen de balletjes van de socket afgevoerd. Het voordeel hiervan is volgens Wits dat meerdere componenten onafhankelijk van elkaar tegelijkertijd gekoeld kunnen worden.

Bij het tweede concept wordt gebruikgemaakt van een heatpipe die in de layers van een printplaat is verwerkt. De warmte die de onderkant van de chip afgeeft, wordt daarmee bijvoorbeeld naar de randen van de pcb getransporteerd. Hierna kan het aan de behuizing of aan een koellichaam worden afgegeven. De warmte wordt hierdoor over een groter oppervlak verspreid en is eenvoudig met conventionele methodes te koelen. Deze methode is efficiënt en er is geen externe energiebron nodig om de warmte te transporteren. Ook is deze techniek geschikt voor pcb's waar veel warmtebronnen dicht opeen zijn geplaatst.

Volgens Wits kan toepassing van zijn concepten in een vroeg stadium van het ontwerpproces leiden tot lichtere en compactere elektronische producten en hoeven voor de fabricage geen nieuwe productietechnieken ontwikkeld te worden.

Reacties (30)

[zork]

Grappig dat velen hier het in twijfel trekken, terwijl deze onderzoeker er verleden donderdag wel de graad van doctor mee behaald heeft ;-)

[Verwijderd]

Haha inderdaad. Een hoop mensen hier denken dat ze alles weten.

[wwits]

What can I say.

Ik heb hier en daar getracht een en ander te nuanceren; maar ja.

[wwits]

Gezien de bovenstaande discussie wil ik graag even mijn proefschrift verdedigen (tegenover de promotie commissie heb ik dit overigens al met succes gedaan).

Deze concepten zijn niet direct ontwikkeld voor het koelen van computerelektronica. Dit is slechts 1 deel van de markt. Veel bedrijven ontwikkelen echter zelf ook elektronica. Vaak wordt hier nog gekoeld met luchtkoeling en wat heat sinks. Echter gezien de powertrends van commercieel verkrijgbare ICs is dit in de nabije toekomst niet meer voldoende. Ook lopen de kosten van deze toepassing uit de klauwen. Vandaar dat ik in mijn onderzoek gekeken heb naar koelconcepten die ook productie en kosten technisch veelbelovend zijn.

Meer achtergrond omtrend de toepassingen staat ook in Section 1.1.2 Project Setting

[mvds]

Leuk idee, maar we hebben het dan over kanaaltjes van wat? 0,1 - 0,2 mm ofzo? Hoe effectief zou de koeling dan kunnen zijn? Hoeveel watt zou je dan precies kunnen afvoeren?

[Stoney3K]

Een die van een chip is ook niet groter dan 2-3mm in het vierkant. En een thermal via op een PCB kan toch al gauw een halve centimeter puur koper zijn. Het geleiden van warmte over PCB-tracks is op zichzelf namelijk niet zo heel nieuw.

[himlims_]

op pagina 108 van zijn schrijven staat dit toegelicht, duidelijk met afbeelding

en gezien zijn ruime documentatie en verwijzingen na referenties en conclusie lijkt toch wel degelijk effect te hebben

was zelf eerder verbaast dat dit nog niet werd toegepastbedoel is gewoon standaard manier van koeling; hebt iets warms laat er koude lucht doorheen stromen en temperatuur daalt

[Reactie gewijzigd door himlims_ op 24 juli 2024 06:29]

[Verwijderd]

Ik vraag me af wat er met stof gebeurd, want zulke kleine gaatjes zitten binnen een dag dicht van het stof.

[Verwijderd]

Dat niet alleen, afhankelijk van hoe snel de lucht er passeert in die kleine kanaaltjes, kan je nog gemakkelijk erosie hebben van vuil dat het oppervlakte afslijt. Ik denk dat die snelheid niet zo groot moet zijn, het zijn uiteindelijk contactpuntjes

[terracide]

Dit is iig niet handig voor cpu koeling aangezien de bovenkant van de chip toch het heetst is.

Ik bedoel dus op bestaande hardware is het niet handig. Ook al zou je mainbord oid dit hebben. Als je dit in computer hardware wil toepassen dan moet je alles op zn kop zetten tot aan het bakken van de cpu's toe. Dit is denk ik echt voor embedded electronica die passief moeten worden gekoeld. Niet voor computers....

Het is ook een beetje lastig om er achter te komen waar deze manier dit voor heeft bedacht.

EDIT: ongewenst... *zucht* sure.

[Reactie gewijzigd door terracide op 24 juli 2024 06:29]

[kluyze]

Het is de schakeling in het ic dat het heetste wordt. Het ic wordt hedendaags aan de bovenkant gekoeld omwille van het simpele feit dat er daar plaats is voor een koeler. Daarom de heat spreader op een cpu. Dat zou bij deze technieken hetzelfde blijven alleen dat er een extra koeling voorzien wordt tussen het ic en het pcb of in de pcb zelf. De heatspreader hiervoor kan dan bv aan de onderkant van het ic geplaatst worden.

Dus het is gewoon niet correct om te beweren dat bij een cpu de warmte naar de bovenkant gaat, warmte gaat alle richtingen uit. Maar bepaalde materialen geleiden die warmte beter om het teveel af te kunnen voeren.

Verder lijkt me dat er bij pcb's waar veel functionalliteit op zit zoals moederborden maar ook andere, het niet echt gewenst is om de koeling in de pcb in te bouwen. Het is nu al niet een simpele klus om zoiets te ontwerpen met al die connecties/lagen/... en dan gaat er ook nog rekening gehouden moeten worden met dit soort zaken. Ik zou niet graag die arme disigner willen zijn die de volgende opdracht krijgt van een asus/msi/... en de koeling in de pcb moet integreren.

[successor]

en dat hangt weer af van je packaging procédé.

als je verpakking flip chip is zal het de koeling zeker ten goede komen.

[Korben]

De meeste computerprocessoren in desktop-pc's voeren de hitte toch echt af naar de zijkant, aangezien het moederbord en dus de processor verticaal gemonteerd zijn. Of je nou de hitte naar 'buiten' (als in, naar de 'bovenkant') van de processor vervoert en daar wegvoert of naar 'binnen' (de 'onderkant'), maakt natuurlijk weinig uit.

[aval0ne]

Dit is iig niet handig voor cpu koeling aangezien de bovenkant van de chip toch het heetst is.

Is dat wel zo? Volgens mij is de chip ongeveer overal even warm en denk je dat gewoon omdat wij cpu koeling bovenaan plaatsen. maar plaats een isolatie laag bovenop de chip en de warmte zoekt zich lang andere wegen wel een weg.

[shirasu88]

Het gaat hier ook niet om de onderdelen van een pcb zoals de processor of de video kaar twelke enorme hittes kunnen produceren, maar volgens mij over de north en south bridge of de pcb van embedded systems, welke aanzienlijk minder koeling nodig hebben onder normale omstandigheden.

en ook denk ik dat deze manieren van koeling bedoeld zijn voor bijv: extra koeling of redundantie.

maar ook ik mis in het artikel de specificaties / duidelijke details die zeker hier erg interesant zou den zijn.

[Verwijderd]

Er staat een link naar het complete proefschrift in het artikel... Daarin kun je gegarandeerd alle details vinden.

[wwits]

Uiteraard wordt er geconditioneerde lucht gebruikt. Zowel stof als vocht in "normale" lucht geven op termijn problemen voor de betrouwbaarheid.

[pinky3]

lijkt me allemaal heel onbruikbaar,

wat wel leuk zou zijn: is een chip die zijn aansluitingen aan de zijkanten heeft en die zoals een postzegel in een gat van het moederbord past

zo kan je aan beide kanten een koeller/lichaam hangen

dubbel efficient omdatje beide kanten van de waffer gaat gebruiken

(of dit technisch haalbaar is, is een andere zaak en hoe je connecties gaat leggen
van de éne kant naar de andere is ook niet simpel )

[JRMBelgium]

Leuk dat zoveel mensen er van overtuigd zijn dat de ontwerpen op niet veel trekken. Ik denk niet dat de Nederlander zijn technologie gaat adverteren als het op niets trekt... Chipfabrikanten zijn ook niet dom hé...

[Verwijderd]

Hij zal wel een filtertje voor de lucht moeten toevoegen , want ik haal tach wel eens een beetje stof uit m'n ventilatorretje.Met zulke kleine gaatjes wordt'ie dan toch zomaar veel te heet.

[Dark Angel 58]

Ik heb het liever dat een chip zelf koelt... als de atomen warmer worden en dan zetten andere atomen kouder om warmte tegen te gaan. Zo blijft een processor niet warmer, dan heb je geen grote (water) koeling of grote ventilator nodig.

[Reactie gewijzigd door Dark Angel 58 op 24 juli 2024 06:29]

[MaartenBons]

lol ga asjeblieft een paar natuurkunde lessen volgen voor dit soort opmerkingen te maken. Ten eerste is er de wet van energie behoud. Energie gaat er in de vorm van elektriciteit in en omdat er niks beweegt in een chip komt het er als warmte uit. Ten tweede worden atomen niet kouder of warmer, ze bewegen sneller naargelang de temperatuur omhoog gaat. Ten derde kan je niet zomaar warmte kwijt raken (wet van energie behoud) daarom moet het afgevoerd worden.