Actualmente los fabricantes utilizan bases y disipadores de cobre y aluminio más ventiladores, entre los métodos más convencionales para refrigerar chips (Procesadores, GPU, chips de memoria etc), entre otros métodos más extremos como refrigeración por agua, hielo seco, nitrógeno liquido que generalmente usan los entusiastas para fines deportivos, pero estos traen la desventaja de que son más voluminosos, consumen energía o provocan ruido mientras refrigeran, pero ¿que pasa si incorporamos un refrigerante dentro del mismo chip?
Investigaciones hechas por ingenieros de Intel, el RTI International de Carolina del Norte y la Universidad del estado de Arizona, han demostrado que es posible construir un sistema basado en un micro refrigerante eficiente dentro del mismo chips para poder disipar el calor en los puntos más calientes dentro de un chip (hot spot), este sistema permite entre otras cosas ahorrar energía y espacio respecto a los sistemas convencionales, además de brindar una refrigeración más eficiente. El trabajo de los investigadores demuestra por primera vez, que es posible integrar material termoeléctrico dentro del un chip, haciendo la tecnología mucho más practica que antes.
La tecnología para refrigerar el chip, no es nueva explica Rama Venkatasubramanian, director de investigación en el “Center for Solid State Energetics” de “RTI International”, en la revista Nature del 2001, el y su equipo mostraban un material llamado “nanostructured thin-film superlattice” no se como traducirlo de forma coherente pero es una especie de película delgada nanoestructurada, la cual en ese entonces mostraba propiedades térmicas superiores que otro tipo de materiales delgados termoeléctricos. Este material conduce bien la electricidad, pero impide el flujo de calor, cuando una corriente eléctrica pasa a través de este material, su temperatura puede bajar sobre los 55º Celsius.
“La gente ha estado hablando durante años acerca de la utilización de material termoeléctrico altamente eficiente para refrigerar los puntos calientes de un chips”, dice el Ravi Prasher de Intel, él comenta que una de las razones para que el y sus colegas hayan tenido éxito, es por que han usado un material que ha mostrado propiedades térmicas excepcionales, y que además se basaron en el conocimiento de Intel para fabricar chips y así poder integrar un sistema termoeléctrico que fue diseñado justamente para integrarlo dentro del chip.
Los ingenieros para poder poner el micro refrigerante en el chip, integraron este en una especie de superficie cuadrada de cobre, similar a las bases de disipación de algunos sistemas convencionales de refrigeración, justo en el medio integraron el micro refrigerante de 0.4 milímetros cuadrado (entre el chip y la base de cobre), cuando el micro refrigerante fue encendido, pudo enfriar la zona o punto caliente en unos 15º Celsius. Esto es significativo, dice Venkatasubramanian, porque en términos generales, para cada incremento de temperatura de cinco grados en el chip, existe una marcada disminución de la fiabilidad y el rendimiento.
Chip chilling: El refrigerante termoeléctrico se muestra arriba (en el centro) está conectado a una placa de cobre que se utiliza para dispersar el calor fuera de los puntos calientes en el chip. Creditos: Intel
De todos modos los investigadores dicen que aún no están cerca del máximo potencial de refrigeración de este micro refrigerante, “Hemos encontrado un buen desempeño pero todavía hay un montón de desafíos.” Dice Venkatasubramanian., ya que cuando los ingenieros ponen el refrigerador en el interior del chip, hay una serie de puntos de contacto donde el refrigerante puede ser conectado con la placa de cobre y el empaque electrónico. Prasher por su parte explica que las características térmicas de estos contactos desempeñan un papel significativo en la reducción de la eficiencia del refrigerador. Se están estudiando diferentes tipos de soldadura e incluso los nanotubos de carbono (considerados por muchos expertos como el material de interfase térmico del futuro, debido a sus excelentes propiedades de conducción térmica, que según estimaciones son 5 veces mejores el cobre) para reducir la resistencia a la interfaz, pero el problema aún no se ha resuelto.
Independientemente, Ali Shakouri, profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de California, Santa Cruz, está impresionado por el trabajo realizado hasta la fecha. “Este es un buen logro”, dice. “La idea de que existe una desigual distribución de la temperatura en un microprocesador, y que mediante la elección selectiva de ciertos lugares se puede hacer un mejor trabajo y ahorrar energía.
Shakouri apunta que a medida que la industria de microprocesadores se mueve hacia la utilización de varios núcleos o centros de procesamiento en un chip, el problema de los puntos calientes se agravará, porque el volumen de trabajo se pasó de núcleo a núcleo, creando más puntos aleatorios de temperatura (hot spot o puntos calientes). Además apunta que los ventiladores usados en muchos computadores, no responden rápida y efectivamente, ahora si se pudiera tener micro refrigerante a través de los chips multi-núcleos se podría bajar el consumo y mejorar el rendimiento.
Los investigadores no tienen fechas por ahora para la comercialización de la tecnología, a pesar de que el micro-refrigerante podría incluso ser incorporado en los empaquetados de los chips tradicionales, pero por ahora sería prohibitivamente costoso, después de todo agregar un refrigerante, es esencialmente agregar una nueva capa electrónica a un chip.
El tema suena interesante y los alcances que podría tener este tipo de refrigeración a futuro también, aunque hay que mencionar que esto aun está en estudio y desarrollo, pero los investigadores ya lograron un avance focalizado reduciendo en 15 grados Celsius cierta zona de un chips, un logro que valorable sin dudas.