IBM verbessert CPU-Kühlung

Doppelte Kühleffizienz durch bessere Verteilung von Wärmeleitpaste

Forscher von IBMs „Zurich Research Laboratory“ (ZRL) in der Schweiz haben eine Möglichkeit gefunden, wie Prozessoren ohne sehr viel größeren Aufwand als bisher deutlich besser und effizienter gekühlt werden können. IBM bezeichnet es sogar als „Durchbruch bei der Chip-Kühlung“. Optimiert wurde die Verteilung der Wärmeleitpaste zwischen dem Chip und dem Heatspreader, der heute auf modernen CPUs sitzt.

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Die Forscher des ZRL haben herausgefunden, dass die in der Wärmeleitpaste enthaltenen und für den Wärmetransport vom Chip zum Heatspreader zuständigen Keramik- oder Metallpartikel bis zu 40 Prozent der vom Chip abgegebenen Wärme aufnehmen statt sie weiterzugeben an den Heatspreader. Außerdem klumpen sie sich teilweise zusammen durch den Druck von Heatspreader und aufgesetztem CPU-Kühler. Dabei formen sie praktisch ein diagonales Kreuz („magic cross“ – siehe Bild). Diese beiden Streifen bestehen aus einer inhomogenen Mixtur von Paste und Partikeln, die die Kühleffizienz dramatisch verschlechtern.
Ausgehen von diesen Erkenntnissen haben die Forscher eine Möglichkeit zur besseren Verteilung von Paste und Partikeln gesucht – und dabei eine recht einfache und für die Chipproduktion nicht besonders aufwändige Lösung gefunden. Der Heatspreader bekommt eine Struktur von kleinen, 150 bzw. 220 Mikrometer breiten Kanäle bzw. Gräben, die die Verteilung der Wärmeleitpaste beim Druck vom Heatspreader über die ganze Fläche verbessern.
Das Ergebnis: Die Dicke der aufgetragenen Wärmeleitpaste konnte auf ein Drittel reduziert werden, genauso wie der notwendige Anpressdruck beim aufgesetzten Kühler. Laut IBM wird damit die Effizienz einer Luftkühlung effektiv verdoppelt.
Wann die ersten Prozessoren mit solchen Heatspreadern auf den Markt kommen, hat IBM bislang nicht verraten. Es heißt aber, dass die neue Technologie sehr schnell in bestehende Produktionsprozesse integriert werden kann. Fertigungsanlagen für Heatspreader mit der Kanalstruktur sollen sich in der Entwicklung befinden.
Das Potenzial dieser Technik ist da, die Frage ist jetzt, wann Chiphersteller wie AMD und Intel diese umsetzen.

AMD Athlon 64 CPU mit Heatspreader
Magic Cross
Schema einer CPU mit Heatspreader
Kanalstruktur im Heatspreader

Quelle: IBM

Frank Schräer

Herausgeber, Chefredakteur und Webmaster

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