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Chips de enfriamiento con Ion Breeze
Los electrodos que envían un flujo de aire ionizado sobre la superficie de un chip de silicio podrían hacer que los ventiladores de enfriamiento en computadoras y laptops sean mucho más efectivos. Investigadores de la Universidad Purdue e Intel encontraron que un dispositivo que genera una brisa iónica mantiene los chips de computadora 25 ºC más fríos que los ventiladores solos. Al permitir el uso de ventiladores más pequeños, el dispositivo podría generar computadoras portátiles más compactas.
Brisa fresca: Las imágenes infrarrojas de la superficie de un microchip muestran uno de los dos electrodos que generan una brisa refrescante de aire ionizado en un nuevo dispositivo desarrollado en la Universidad de Purdue. En la imagen superior (roja), los ventiladores mantienen la temperatura de la superficie del chip a 60 ºC. En la imagen inferior (azul), la activación de los electrodos baja la temperatura a 35 ºC.
A medida que los microchips se llenen de más y más componentes, los métodos de enfriamiento actuales ya no serán adecuados. Actualmente, el calor se extrae de las virutas mediante disipadores de calor metálicos, paneles unidos a conjuntos de aletas o puntas que maximizan el área de superficie de disipación de calor. Los ventiladores de una computadora enfrían los disipadores de calor y expulsan el aire caliente. Pero el enfriamiento por aire se ha estirado al límite en su capacidad para eliminar el calor, dice Suresh Garimella , profesor de ingeniería mecánica en Purdue. Además, los ventiladores pueden ser voluminosos y ruidosos.
El nuevo dispositivo es pequeño y se puede integrar directamente en un chip de computadora. Al colocarlo en puntos calientes específicos de un chip, los ingenieros podrían mejorar la efectividad del ventilador de enfriamiento en esas áreas. Esto podría llevar a ventiladores más pequeños que funcionen tan bien como los ventiladores actuales, dice Garimella, y por lo tanto a portátiles más delgados y pequeños. El objetivo final es desarrollar tecnologías de enfriamiento para portátiles pequeños y computadoras de mano, dice Rajiv Mongia, un ingeniero de investigación de Intel que trabajó con los investigadores de Purdue en el nuevo dispositivo.
Garimella y sus colegas construyeron su sistema de enfriamiento experimental en un chip de computadora simulado. El sistema consta de dos electrodos, un alambre de acero inoxidable que actúa como ánodo cargado positivamente y una cinta de cobre que sirve como cátodo, que están separados por unos pocos milímetros.
La aplicación de un voltaje a través de los electrodos hace que los electrones en el aire choquen con las moléculas de oxígeno y nitrógeno, despojándolas de electrones y creando iones con carga positiva. Los iones se mueven hacia el cátodo cargado negativamente, arrastrando las moléculas de aire circundantes con ellos y creando una brisa. Los investigadores encontraron que mientras un ventilador que soplaba sobre un disipador de calor enfriaba la superficie de su chip a unos 60 ºC, la adición de la brisa de iones lo enfriaba a 35 ºC.
Garimella dice que debido a que el dispositivo usa tiras de metal como electrodos, en lugar de puntas más afiladas, la brisa iónica barre una porción más grande del chip, aunque no genera suficiente presión de aire para enfriar el chip sin la ayuda de un ventilador.
La brisa de iones se enfrenta a una dura competencia de otras técnicas experimentales de enfriamiento de chips. Los fabricantes de computadoras han comenzado recientemente a explorar la refrigeración líquida, en la que una bomba empuja agua u otro líquido a través de las tuberías. (Las computadoras Mac Pro de Apple usan este sistema). Pero la mayoría de los sistemas de refrigeración líquida son complicados y aumentan los costos de fabricación; el dispositivo Purdue podría ofrecer una alternativa más económica. Nuestra invención nos permite ampliar el rendimiento del enfriamiento por aire sin tener que cambiar a métodos más agresivos y costosos, como el enfriamiento por líquido, dice Garimella. Al mismo tiempo, no agregamos ningún volumen extra.
Sin embargo, un enfoque de menor volumen para la refrigeración líquida puede provenir de Cooligy , con sede en Mountain View, CA. La empresa está desarrollando una tecnología de refrigeración basada en microcanales con licencia de la Universidad de Stanford. La tecnología es una versión en chip más pequeña del método de bombeo y tubería para hacer circular líquidos. En el dispositivo de Cooligy, el líquido refrigerante circula a través de pequeños canales tallados en una capa de silicio que se encuentra en la parte superior de un chip de computadora.
Girish Upadhya, director de ingeniería de aplicaciones de Cooligy, elogia cautelosamente el enfriamiento con brisa de iones, que él llama un enfoque único que puede tener aplicaciones específicas en el enfriamiento puntual. Pero sospecha que el dispositivo Purdue podría resultar difícil de incorporar a chips de computadora. La parte difícil es idear un producto específico utilizando ese enfoque, dice Upadhya.
Intel, que colaboró con los investigadores de Purdue, mantiene abiertas sus opciones. La compañía también ha trabajado en un enfoque similar de bomba de iones con investigadores de la Universidad de Washington, en Seattle. (Consulte La bomba minúscula enfría las virutas).
Pero Garimella confía en que el dispositivo Purdue producirá aplicaciones prácticas. Primero, sin embargo, los investigadores tendrán que hacerlo más pequeño y más resistente. El dispositivo está en la escala milimétrica y estamos trabajando para reducirlo a la escala de decenas de micrómetros, dice Garimella. Un dispositivo más pequeño, dice, puede lograr el mismo efecto de enfriamiento con voltajes más bajos. Y eso, agrega, haría que la tecnología fuera comercialmente viable.