Учёные придумали капельное охлаждение процессоров — оно сбивает температуру на 17 °C за 15 секунд

Учёные Университета Ватерлоо (University of Waterloo) разработали гибридную систему охлаждения электронных компонентов, предназначенную для быстрого снижения температуры экстремально нагретых точек компьютера. Технология предусматривает капельное нанесение дорогого хладагента на локальные участки уже погружённой в недорогую охлаждающую жидкость электроники.

Метод иммерсионного охлаждения уже пользуется определённым спросом. Другое дело, что при резких скачках вычислительной нагрузки отдельные участки процессоров нагреваются быстрее, тогда как медленно циркулирующая вокруг жидкость — деионизированная вода или масло — не способны быстро отвести избыточную тепловую мощность. Для решения этой проблемы исследователи предложили точечно направлять на перегретые участки электроники дорогие, но быстро реагирующие хладагенты в виде капель и это сработало.

В эксперименте использовалась охлаждающая жидкость для электроники с температурой кипения значительно ниже, чем у воды. Кроме того, она плотнее воды и не смешивается с ней, поэтому капля остаётся в районе горячего участка. При достижении температуры кипения жидкость интенсивно испаряется, поглощая тепло, а поднимающиеся пузырьки перемешивают окружающую воду и ускоряют отвод тепловой энергии.

В испытаниях при плотности теплового потока 14,4 Вт/см² температура центра искусственно созданной горячей зоны снизилась примерно на 17 °C за 15 с, что оказалось в несколько раз быстрее по сравнению с исследованными вариантами обычного иммерсионного охлаждения.

Для управления процессом кипения исследователи применили технологию жидкостно-жидкостной инкапсуляции: капли теплоносителя покрывали тонкой оболочкой из силиконового масла. В неё также добавляли мелкие частицы теплопроводной керамики, позволяющие регулировать скорость кипения. Тем самым возможны два варианта реализации системы: свободная циркуляция капель в водяной ванне, где они активируются при контакте с горячими участками, либо адресная доставка теплоносителя к зонам перегрева, обнаруженным датчиками.

Свой эксперимент учёные провели на макете, имитирующем работу вычислительной системы. Несмотря на ограниченный набор полученных данных, они уверены, что гибридный подход к охлаждению также может найти применение в таких областях, как электромобили, аккумуляторы, мощные лазеры и светодиодное освещение.