Недавно зарегистрированная в Гибралтаре компания Cool Chips выступила с громким заявлением о разработанной ею «новой революционной технологии охлаждения чипов». Технология эта якобы позволяет с помощью тонкой пластинки отводить с квадратного сантиметра поверхности чипа до 5 кВт тепла с эффективностью до 70-80% от теоретического предела Карно. Компания утверждает, что, будь у нее производственные мощности IBM или Intel, она бы через десять месяцев завалила рынок холодильниками себестоимостью по центу за ватт.
КПД традиционных холодильников, использующих технологию сжатия-расширения (испарения-конденсации) рабочего тела, составляет около сорока процентов, а у полупроводниковых элементов Пельтье он не превышает восьми процентов. Поэтому заявления Cool Chips никого не могут оставить равнодушным, тем более что проблема эффективного теплоотвода чрезвычайно остра не только в компьютерной индустрии. Однако если копнуть глубже, оказывается, что обещания руководителей стартапа, по меньшей мере, чересчур оптимистичны и преждевременны.
Новая технология охлаждения является развитием хорошо известного метода термоэлектронного преобразования энергии, который около года назад был усовершенствован в теоретической работе ученых Стэнфордского университета. Обычно термоэлектронный преобразователь представляет собой вакуумный зазор между двумя плоскими проводниками. Его можно использовать как для охлаждения одного из электродов, так и для получения электричества. При пропускании электрического тока через зазор наиболее горячие, то есть быстрые электроны отбираются у одного из электродов, что и приводит к его охлаждению. В результате многолетних исследований эффективность термоэлектронных преобразователей удалось сделать сопоставимой с эффективностью элементов Пельтье, но лишь при температурах выше тысячи градусов.
Ученые из Стэнфорда предложили уменьшить зазор между электродами до 5-15 нм (что уменьшение ширины вакуумного зазора благотворно влияет на эффективность термоэлектронных преобразователей было понятно давно, однако разработать приемлемую технологию изготовления зазоров тоньше половины микрона не удавалось). В этом случае начинают работать законы квантовой теории и электроны способны туннелировать с одного электрода на другой, легче преодолевая потенциальный барьер вакуумного зазора. Туннелирование, как показывают теоретические расчеты, позволяет заметно увеличить эффективность термоэлектронного преобразователя при комнатной температуре и снимать до 100 Вт с квадратного сантиметра поверхности, приложив напряжение всего 1-3 В.
Зазор толщиной в несколько нанометров успешно создается и поддерживается с помощью пьезоэлементов между острием иголки туннельного микроскопа и поверхностью образца. Однако создать такой вакуумный зазор большой площади в чипе вряд ли будет легко и дешево даже при современном уровне технологии. Пока инженерам из Cool Chips удалось лишь измерить туннельный ток в зазоре около ста нанометров, что на порядок больше, чем нужно, а об экспериментах по охлаждению нет и речи. Приведенные компанией грубые оценки эффективности нового устройства учитывают лишь потери на нагрев электродов, а местами так просто ошибочны.
Трудно сказать, что побудило фирму выступить с громкими заявлениями, возможно, желание руководства привлечь инвестиции или поиграть на курсе собственных акций. Будет обидно, если действительно многообещающая технология, доведение которой до рынка наверняка потребует не одного года исследований, будет при этом напрасно дискредитирована.
версия для печати
другие статьи автора
оставить комментарий (0) 
