Computación refrigerada por metal

En muchos sentidos, la ley de Moore, la famosa predicción de Gordon Moore, cofundador del fabricante de chips Intel, de que la complejidad del microprocesador crecerá exponencialmente sin un aumento en el precio, se ha mantenido durante cuatro décadas. Pero esa complejidad tiene un costo oculto: el calor.





Empacar cada vez más componentes y circuitos en un chip requiere más energía eléctrica para ejecutarlo. Y la mayor parte de esa energía se convierte en calor, por lo que los chips más recientes pueden superar rápidamente los 100 grados centígrados, si no se enfrían adecuadamente.

El problema se está volviendo tan serio que el año pasado Intel canceló un proyecto de CPU de alta velocidad, en parte porque no encontró una forma práctica de enfriar los chips que consumen energía (ver Notebook adjunto). Los chips sobrecalentados no funcionan de manera confiable, lo que posiblemente provoque fallas en la computadora, archivos dañados, fallas gráficas e incluso daños permanentes.

Existe una gran demanda de soluciones de enfriamiento compactas y rentables, dice Suresh V. Garimella, director del Centro de Investigación de Tecnologías de Enfriamiento de la Universidad Purdue en Indiana. Según él, los fanáticos que tradicionalmente se usaban para enfriar las computadoras personales están llegando a sus límites.



Una posible solución a este problema creciente se asocia más comúnmente con los reactores nucleares: el enfriamiento de metales líquidos. Encabezada por NanoCoolers, una startup en Austin, TX, la tecnología aprovecha un compuesto inusual de metales que permanece líquido a temperatura ambiente. Actualmente, su mezcla de galio e indio (y una pizca de estaño) fluye libremente a temperaturas superiores a los 7 grados C. Y una nueva fórmula podría llegar a menos de 10 grados C, según el gerente de producto Mick Wilcox.

Esta tecnología es una de las soluciones de refrigeración nuevas y prometedoras que se están proponiendo y aplicando últimamente, dice Garimella.

El metal líquido fluye en un bucle alrededor de una PC o tarjeta gráfica. Primero, toma calor de la parte superior del chip calentado. Luego, el líquido se bombea a través de tuberías hasta un radiador (generalmente con un ventilador), donde el calor se libera al aire. Finalmente, el fluido enfriado circula de regreso al chip.



La bomba que mueve el metal líquido en el sistema es una de las principales ventajas de la invención sobre una tecnología rival, la refrigeración por agua. Aprovechando la naturaleza metálica del refrigerante, la bomba empuja el líquido electromagnéticamente. A diferencia de la refrigeración por agua, el proceso no requiere partes móviles, consume poca energía y es silencioso. En una solicitud de patente, NanoCoolers incluso sugiere alimentar la bomba únicamente con el calor residual producido por la computadora. Si bien el compuesto de metal líquido no es tóxico, según Wilcox, es corrosivo para algunos metales, especialmente el aluminio.

La atracción del metal líquido en sí es su excelente conducción de calor. Según Sapphire Technology, que adoptó la invención de NanoCoolers para una tarjeta gráfica de PC, es 65 veces más conductora térmica que el agua y 1.600 veces mejor que la refrigeración por aire.

En resumen, el metal líquido puede absorber el calor más rápidamente y, por lo tanto, enfriar las virutas más rápido. Esta propiedad ha llevado a su uso como último refrigerante en algunos reactores nucleares, que se enfrían con sodio o potasio líquido, así como en la fabricación de componentes de máquinas de alta calidad, como palas de turbinas de gas, donde los componentes se enfrían rápidamente. a 660 C con aluminio fundido para evitar la formación de defectos.



[Los metales líquidos] ciertamente podrían proporcionar mayores capacidades de enfriamiento, dice Garimella. Sin embargo, con respecto a sus aplicaciones prácticas, es más cauteloso: [es] en gran medida una función de cómo se implementan y del control de la resistencia térmica en el paquete.

De hecho, la pregunta sigue siendo si las dificultades de implementación impedirán que esta nueva tecnología se convierta en una solución práctica de refrigeración para PC. Un competidor cree que el uso de la tecnología de metales líquidos por parte de Sapphire Technology tiene más que ver con el marketing. Debido al mayor costo, tamaño y peso del enfriador, no creemos que esta tecnología esté lista para el mercado, dice Lester Lau, portavoz de un fabricante de tarjetas gráficas rival, Abit Computer, de Taiwán. El valor de marketing es intrigante, pero las desventajas parecen superar las ventajas en este momento.

Un experto de la industria también se muestra escéptico. Es un gran salto, la introducción de tantos componentes nuevos que no están probados, dice Monem Alyaser, director de Applied Thermal Technologies, una consultora de ingeniería con sede en Santa Clara que ha ayudado en el diseño térmico para Xbox 360 de Microsoft y Apple Powerbook Titanium. Alyaser cree que la refrigeración por agua sería un mejor paso para la industria de las PC, porque está probado y probado (ha existido desde que ha habido radiadores en los coches).



Mick Wilcox de NanoCoolers responde que el metal líquido tiene ventajas significativas sobre el enfriamiento por agua, incluida su bomba electromagnética más silenciosa y confiable, así como el hecho de que tiene la misma o mejor capacidad de enfriamiento.

Actualmente, casi todos los productos del mercado de PC utilizan refrigeración por aire. Por el contrario, la refrigeración por agua está restringida a los kits para entusiastas. En pruebas con una computadora portátil, Wilcox dice que la tecnología de NanoCooler es aproximadamente un treinta por ciento más efectiva que un sistema de enfriamiento por aire con tubería de calor y un cinco por ciento mejor que el enfriamiento por agua.

Sin duda, tales cifras son considerablemente más bajas de lo esperado, dada la alta conductividad térmica del metal líquido. El problema, dice Wilcox, es sacar el calor del metal líquido antes de que circule de regreso al chip. En última instancia, eso significa usar un radiador o ventilador para descargar la energía térmica en la atmósfera circundante, el mismo método que se usa en los sistemas de enfriamiento de agua y aire.

De hecho, NanoCoolers también está enfocando sus recursos en otras tecnologías de enfriamiento, en particular, una versión de película delgada y alta densidad de los termoeléctricos tradicionales que se utilizarán en una variedad de productos de consumo.

Mientras tanto, el fabricante de chips gráficos Sapphire dice que este verano enviará su tarjeta gráfica Blizzard refrigerada por metal-líquido a revisores de revistas y publicaciones en línea, la primera demostración pública de tecnología refrigerada por metal en una PC.

Fuentes:

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