Nieuwe processors kunnen niet meer zonder geforceerde koeling

De meest krachtige conventionele pc’s hebben een koeling die op topsnelheid een geluidsniveau van ongeveer 45 dB(A) produceert. Zo’n apparaat is in staat om ongeveer 90 watt aan warmte­energie correct af te voeren. Nog grotere ventilatoren zijn geen optie, omdat die meer lawaai maken. Zeker als een ‘van’ slijt, neemt de hoeveelheid geluid die wordt geproduceerd toe. Fabrikanten bezinnen zich op andere manieren dan alleen een krachtige ventilator om de processors koel te houden. In de tijd van het mainframe werd de machinerie gekoeld door hem aan te sluiten op de waterleiding. Het koele water zorgde ervoor dat de overtollige hitte werd afgevoerd. De pc­makers zien daar ook wel wat in. Japan De Japanse makers van pc’s hebben veel belangstelling voor waterkoeling als alternatief voor de ventilator. Zo heeft NEC een desktopsysteem voorzien van een met vloeistof gevuld koelsysteem dat een processor die 75 watt produceert koel kan houden. Het geluidsniveau bedraagt niet meer dan 33 dB(A). Het systeem, de Valuestar TX geheten, is de eerste commercieel verkrijgbare personal computer die is voorzien van vloeistofkoeling. Daarvoor heeft NEC alleen proefmodellen ontwikkeld. Vorig jaar bouwde Hitachi een eerste systeem met waterkoeling, die in staat was zo’n 40 watt aan hitte af te voeren. Deze pc werd gekenmerkt door een zeer compacte behuizing, iets dat alleen mogelijk werd door de nieuwe koeling toe te passen. Inmiddels is de techniek ook uitgevoerd in een groter model, waarmee 100 watt warmte kan worden afgevoerd. De watergekoelde systemen hebben een binnenwerk dat bij producenten als Hitachi Cable, Taiwan Forward Electronics of Taiwan Chaun Choung Technology Corp. vandaan komt. Deze firma’s verkopen hun koelsystemen los, er zijn ook aanbieders die een vloeistofkoeling alleen voor eigen gebruik produceren. Een voorbeeld hiervan is IBM, dat ook de beschikking heeft over eigen laboratoria waar de techniek verder kan uitrijpen. Universiteiten Niet alleen de commerciële hoek buigt zich over deze manier van koelen, het is ook een dankbaar onderwerp voor universiteiten en hogescholen. Aan Stanford University is professor Ken Goodson bezig met technieken voor het lokaal koelen van grote halfgeleiders. Op de chip wordt een soort pijpleiding aangebracht, waardoorheen koelvloeistof kan lopen. De gevulde pijpen voeren de warmte af doordat de vloeistof verdampt. De damp condenseert elders en staat zo de warmte weer af. Met een duur woord spreekt men ook wel van elektro­osmose, een mechanisme waarmee vloeistof wordt verplaatst zonder gebruik te maken van een pomp met bewegende delen. Cooligy maakt gebruik van ronde glazen schijfjes, die zijn doorboord met dunne kanaaltjes. Elk van die kanalen heeft een diameter van ongeveer 1 micron. Door aan beide zijden van de glazen schijf een elektrische spanning aan te leggen, ontstaat een veld waarin ionen gaan bewegen. Deze ionen ‘slepen’ watermoleculen met zich mee. Bij proeven is gebleken dat een schijfje met een doorsnede van 5 centimeter ongeveer 200 ml water per minuut kan verplaatsen, voldoende voor het koelen van een chip die 120 watt produceert. Goodson richt zich vooral op de punten van een chip die uitzonderlijk warm worden, de zogeheten hot spots. Dit zijn de delen van een chip waar de meeste elektrische activiteit plaatsvindt, bijvoorbeeld de rekeneenheden van een processor. Op deze manier wordt plaatselijke oververhitting van de chip voorkomen. Veelbelovend De resultaten van de experimenten waren dermate veelbelovend, dat Goodson en zijn medewerkers een eigen bedrijfje hebben opgericht. Dat opereert sinds eind vorig jaar onder de naam Cooligy Inc. Op de website van het bedrijf waarschuwt Goodson dat de chips in computers en aanverwante elektronische apparatuur de komende jaren dermate klein en krachtig worden dat ze niet meer zonder geforceerde koeling kunnen. Het gaat dan niet alleen om processors, maar ook om snelle chips op grafische kaarten, uitgebreide applicatie­specifieke schakelingen (Asic’s) en gate­arrays. Goodson heeft inmiddels een aantal proefsystemen gebouwd, in samenwerking met Intel, AMD en Apple. Ook Darpa, de onderzoekstak van het Amerikaanse departement van defensie, was bij de proeven betrokken. Deze laatste is vooral geïnteresseerd in koeling voor systemen met een militaire toepassing. Op een slagveld is bijvoorbeeld behoefte aan apparatuur die zo weinig mogelijk geluid produceert.