Winzige Kanäle sollen heiße Chips kühlen

Die Kühlung droht zu einem ernsthaften Engpass der Chipleistung zu werden. Dieser Flaschenhals resultiert aus dem Hunger nach permanent leistungsstärkeren Computerchips. Heutige Hochleistungschips erzeugen bereits eine Energiedichte von 100 Watt pro Quadratzentimeter – das ist um den Faktor 10 mehr als die einer typischen Kochplatte. Chips von morgen könnten sogar noch höhere Energiedichten erreichen: Die Oberflächentemperatur entspräche der der Sonnenoberfläche, also etwa 6000 Grad Celsius, wenn die Chips nicht gekühlt würden.

Gegenwärtige Kühlungstechnologien, hauptsächlich basierend auf verstärkter Luftumwälzung (Lüfter), haben voraussichtlich mit der heutigen Generation von Elektronikprodukten ihre Grenzen erreicht. Was die Situation verschlimmert, ist, dass die Energiemenge zur Kühlung von Computersystemen sich rasant der Energiemenge annähert, die für das Computing selbst erforderlich ist. Damit verdoppelt sich fast der Kostenblock für die Energieversorgung.

„Kühlung ist eine ganzheitliche Herausforderung – vom individuellen Transistor bis ins Rechenzentrum. Leistungsfähige Verfahren, die so nah als möglich an den Chip herangebracht werden, werden essentiell für die Bewältigung der Stromverbrauchs- und Kühlungsaufgaben sein“, erklärte Bruno Michel, Manager Advanced Thermal Packaging Research Group, IBM Forschungslabor Zürich.

Mit Blick jenseits der Grenzen von luftgekühlten Systemen haben die Züricher Forscher vor, ihr Konzept eines verzweigten Kanaldesigns weiter zu entwickeln. Dabei geht es um einen neuartigen und viel versprechenen Ansatz für Wasserkühlung. Unter dem Namen „Direct Jet Impingement“ wird Wasser auf die Rückseite eines Chips verteilt und wieder abgesaugt – in einem komplett geschlossenen System, das aus einer Aufstellung von bis zu 50.000 winzigen Ausbringungspunkten und einer komplexen baumartigen Rückführungsarchitektur besteht.