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Una nuova tecnologia per migliorare il raffreddamento dei microprocessori è stata sviluppata dai ricercatori IBM per rispondere alle esigenze poste in essere dall’uso, nei Pc e nei prodotti elettronici, di processori sempre più potenti che rilasciano una maggiore quantità di calore.
La tecnica, dal nome “tecnologia dell’interfaccia ad alta conduttività termica”, permette di raffreddare i chip in maniera molto più efficace rispetto ai metodi utilizzati attualmente e apre la strada allo sviluppo di prodotti elettronici innovativi tramite l’utilizzo di chip potenti senza dover adottare sistemi complessi e costosi solo per il raffreddamento.
La rimozione del calore prodotto dai chip rappresenta uno dei problemi più critici per chi progetta prodotti elettronici, dal momento che le loro prestazioni continuano a migliorare secondo la legge di Moore e il loro corretto funzionamento è la base essenziale per lo sviluppo di prodotti elettronici sempre più potenti.
L’approccio utilizzato da IBM affronta il problema dal punto di connessione tra il chip surriscaldato e i vari componenti di raffreddamento attualmente utilizzati per la rimozione del calore, tra i quali i dissipatori di calore. Su questa interfaccia vengono generalmente applicate paste viscose riempite di particelle per garantire l’espansione e la contrazione dei chip dovute ai cicli termici. La pasta viene applicata in uno strato molto sottile per consentire un efficiente trasporto del calore dal chip ai componenti di raffreddamento. Eppure, uno strato troppo sottile tra i componenti di raffreddamento e il chip potrebbe danneggiare o addirittura provocare la rottura del chip se vengono utilizzate tecnologie convenzionali.
Con una microtecnologia sofisticata, i ricercatori IBM hanno sviluppato una capsula per il chip con una rete di canali ramificati ad albero sulla superficie. Il modello è stato ideato in modo che, quando viene applicata la pressione, la pasta si spande in modo molto più uniforme nel chip consentendo di ottenere la giusta uniformità con una pressione due volte inferiore e un trasporto del calore attraverso l’interfaccia dieci volte migliore.
Questa tecnica di raffreddamento, unica ed estremamente efficace, è presa in prestito non a caso dalla biologia. In natura si possono trovare vari sistemi di canali gerarchici, ad esempio le foglie dell’albero, le radici o il sistema circolatorio dell’uomo. Questi sistemi sono in grado di servire grossi volumi con poca energia, il che è di fondamentale importanza per tutti gli organismi di dimensioni superiori a pochi millimetri. I vecchi sistemi di irrigazione dell’acqua sfruttavano questo stesso approccio.
Grazie al sistema messo a punto dagli esperti dell’IBM Zurich Research Laboratory, i chip del futuro potranno raggiungere densità di potenza di molto superiori a quelle attuali – pari a 100 Watt per centimetro quadrato, superiore a quello di una comune piastra di cottura – creando temperature di superficie prossime a quelle del sole quando non raffreddati (circa 6000 °C ).
Le tecnologie di raffreddamento attuali, basate soprattutto sulla convezione di aria forzata (ventole) che, sospinta attraverso i dissipatori di calore per mezzo di alette molto distanziate tra loro, raggiungono i propri limiti con la generazione di corrente di prodotti elettronici. A peggiorare le cose, il fatto che l’energia necessaria per raffreddare i sistemi informatici si avvicina rapidamente alla potenza utilizzata per i calcoli, quasi raddoppiando il fabbisogno energetico complessivo.
Guardando oltre i limiti dei sistemi di raffreddamento ad aria, i ricercatori di Zurigo stanno estendendo il concetto di progettazione del canale ramificato e stanno sviluppando un approccio nuovo e promettente per il raffreddamento ad acqua. Denominato impatto di getti diretto, questo nuovo approccio spruzza l’acqua sulla parte posteriore del chip e la risucchia in un sistema chiuso tramite 50.000 ugelli molto piccoli e una complicata architettura di ritorno ramificata ad albero.
Sviluppando un sistema perfettamente isolato, non esiste alcun timore che il refrigerante penetri nell’elettronica presente sui chip. Il team IBM è inoltre riuscito a migliorare le capacità di raffreddamento del sistema escogitando dei modi per applicarlo direttamente alla parte posteriore del chip ed evitare quindi il posizionamento delle interfacce termiche resistive tra il sistema di raffreddamento e il silicio.
I primi risultati di laboratorio sono impressionanti. La potenza di raffreddamento specifica può arrivare fino a 370 Watt per centimetro quadrato utilizzando l’acqua come refrigerante. Tale risultato è sei volte superiore ai limiti attuali delle tecniche di raffreddamento ad aria a circa 75 Watt per centimetro quadrato e, nonostante questo, il sistema utilizza meno energia di pompaggio rispetto agli altri sistemi di raffreddamento. (a.t.)