TSMC visar test av kretsintegrerad vattenkylning

Permalänk
Melding Plague

TSMC visar test av kretsintegrerad vattenkylning

Enligt TSMC kan en framtida lösning på värmeavledningsproblem bli vattenkylning med kanaler etsade direkt i kislet.

Läs hela artikeln här

Permalänk
Medlem

Finns det något skäl, mer än att tillverkningsprocessen är enklare, att ha en helt annan design på kretsarna? Rörformat eller nåt annat kanske? Just det exemplet kanske inte funkar in tunn elektronik kanske men frågan kvarstår. Någon med kunskap i området?

Permalänk
Medlem
Skrivet av danneee:

Finns det något skäl, mer än att tillverkningsprocessen är enklare, att ha en helt annan design på kretsarna? Rörformat eller nåt annat kanske? Just det exemplet kanske inte funkar in tunn elektronik kanske men frågan kvarstår. Någon med kunskap i området?

Problemet där är nog snarare att all utrustning som finns idag då behöver bytas ut, vilket är en enorm kostnad =/

Permalänk
Medlem

Inget nytt under solen!
Fanns i högpresterande kretsar för ca: 35-40 år sedan. skillnaden var då att dom gick som kylkanaler (som rör) i kretsen.
Kommer inte ihåg om det var DEC eller IBM som hade lösningen i högpresterande kretsar, behöver antagligen knappt nämna att prislappen var utom räckhåll för en vanlig dödlig….
OK! Jag nämnde det

Edit: @danneee
Din tanke på lösning har redan använts med framgång.

Permalänk
Medlem

känns ju rent spontant som att heatpipes design kanske är ett bättre val här. Kan ju bli lite ,,, grötigt efter ett tag med vanlig vattenkylning, och inte det lättaste att rengöra.

Permalänk
Medlem

Alltså kanske dum fråga men behöver vi mer prestanda?

Det är helt klart nice men just nu känns det att det inte är cpu som håller tillbaka?

Permalänk
Medlem
Skrivet av Lordsqueak:

känns ju rent spontant som att heatpipes design kanske är ett bättre val här. Kan ju bli lite ,,, grötigt efter ett tag med vanlig vattenkylning, och inte det lättaste att rengöra.

Är rätt uppenbart att det inte är vanligt kranvatten som kommer att användas, antagligen ett slutet system som färdigställs vid tillverkning/paketering.
Alltså endast ett steg för att föra ut effekten till ett yttre system.

Skrivet av minh:

Alltså kanske dum fråga men behöver vi mer prestanda?

Det är helt klart nice men just nu känns det att det inte är cpu som håller tillbaka?

Påminner mig om när chefen för amerikanska patentverket en gång i tiden skrev brev till då sittande president med förslag om att lägga ner patentverket, skälet var att allt som kunde uppfinnas var redan uppfunnet.

Permalänk
Medlem
Skrivet av minh:

Alltså kanske dum fråga men behöver vi mer prestanda?

Det är helt klart nice men just nu känns det att det inte är cpu som håller tillbaka?

Det kommer alltid att behövas mer prestanda. Dock håller jag med till viss del - nu gäller uppskalning långt före optimering, vilket jag verkligen inte gillar. Det tar plats, energi och kostar pengar.. tyvärr är hårdvara så mycket billigare än utvecklingstid :/

Permalänk
Medlem
Skrivet av minh:

Alltså kanske dum fråga men behöver vi mer prestanda?

Det är helt klart nice men just nu känns det att det inte är cpu som håller tillbaka?

Vilka är "vi"?

Frågar du Rolf, 68, som använder datorn för att läsa mailen och kolla blocket så är han nog förmodligen rätt nöjd med dagens prestanda.

Frågar du ett datacenter som viker proteiner så är dom nog rätt missnöjd med dagens prestanda.

Sen är ju integrerad kretskylning inte något som är låst till CPUer. Det kan ju användas till bokstavligen vilken krets som helst om dom får det att funka bra.

Permalänk
Medlem
Skrivet av andelf:

Det kommer alltid att behövas mer prestanda. Dock håller jag med till viss del - nu gäller uppskalning långt före optimering, vilket jag verkligen inte gillar. Det tar plats, energi och kostar pengar.. tyvärr är hårdvara så mycket billigare än utvecklingstid :/

Som utvecklare så ser jag den enda vägen framåt att göra hårdvaran dyrare
Det är ju kul att optimera saker (tills man måste underhålla den kodbasen) men håller med om att man kodar så att det går att spinna upp fler instanser och lösa problemet på det sättet istället för det är totalt sett billigare.

Permalänk
Medlem

Är det inte bättre att forska fram ett superledande substrat, då är inte värme längre ett problem.

Permalänk
Rekordmedlem

Inget nytt under solen ? IBM har ju integrerat vattenkylning i själva cpun på flera olika sätt genom historien, först för att leda bort värmen indirekt när de haft koppar mot själva chippet men allt ändå varit integrerat i cpun men sedan med Aquasar ledde vattnet värme direkt från chippet.

Permalänk
Föredetting

Ah, ska bli kul med spruckna CPU:er för att någon har stått och köat till Dreamhack Winter.

Permalänk
Medlem
Skrivet av minh:

Alltså kanske dum fråga men behöver vi mer prestanda?

Det är helt klart nice men just nu känns det att det inte är cpu som håller tillbaka?

Kort svar.. Ja.

Permalänk
Medlem
Skrivet av Lordsqueak:

känns ju rent spontant som att heatpipes design kanske är ett bättre val här. ...

Skrivet av Bengt-Arne:

Är rätt uppenbart att det inte är vanligt kranvatten som kommer att användas, antagligen ett slutet system som färdigställs vid tillverkning/paketering. ...

Jag håller med Bengt-Arne. Kanalerna kommer vara alldeles för smala för att rymma den "veke" som krävs i heatpipe, snarare blir det något med pump och utseende som en omvänd "vapor chamber". Den externa kylningen monteras så att den kyler den platta kammaren som har relativt stor yta.

Permalänk
Medlem
Skrivet av Meantek:

Ah, ska bli kul med spruckna CPU:er för att någon har stått och köat till Dreamhack Winter.

Äschdå, snart har vi inte minusgrader på vintern längre, problem solved! ;D

Permalänk
Medlem
Skrivet av Olle P:

Jag håller med Bengt-Arne. Kanalerna kommer vara alldeles för smala för att rymma den "veke" som krävs i heatpipe, snarare blir det något med pump och utseende som en omvänd "vapor chamber". Den externa kylningen monteras så att den kyler den platta kammaren som har relativt stor yta.

Istället för "veke" så får man förlita sig på kapilärkraften. Men i princip ja, det blir nog något av en omvänd vapor chamber.

Permalänk
Medlem
Skrivet av Trihxeem:

Som utvecklare så ser jag den enda vägen framåt att göra hårdvaran dyrare
Det är ju kul att optimera saker (tills man måste underhålla den kodbasen) men håller med om att man kodar så att det går att spinna upp fler instanser och lösa problemet på det sättet istället för det är totalt sett billigare.

Optimering kan göras med refaktorering. Kodbasen kan bli mindre, resurssnålare och mer lättläst om man är noggrann:)

Permalänk
Medlem
Skrivet av Lordsqueak:

Istället för "veke" så får man förlita sig på kapilärkraften.

Fungerar inte eftersom ångan samtidigt ska gå åt andra hållet genom samma kanal.

Permalänk
Medlem
Skrivet av Olle P:

Fungerar inte eftersom ångan samtidigt ska gå åt andra hållet genom samma kanal.

Mja, har man 'utkanaler' så behövs det ju inte. dvs, om det är en loop. (thermosiphon)

Permalänk
Medlem
Skrivet av Olle P:

Fungerar inte eftersom ångan samtidigt ska gå åt andra hållet genom samma kanal.

Skrivet av Lordsqueak:

Mja, har man 'utkanaler' så behövs det ju inte. dvs, om det är en loop. (thermosiphon)

Thermosiphon är väl när en vätska har självcirkulation genom skillnad i i temperatur = vill balansera ut temperaturen, eller mer rätt att högre energi flödar till lägre energi, utjämning .
Samma som självcirkulationen hos äldre vattenburen värme utan cirkulationspump, på dessa så var det mer regel än undantag att använda rör med en diameter på 2" eller mer.
Delvis, arean är proportionell med transporterad energi i förhållande till/samverkan med delta-T, större area = större energitransport, större delta-T = större energitransport/flöde.

Däremot om man använder både vätskefas och gasfas som i heatpipes så får man ett större utbyte, pumpeffekt kan man få genom att låta gasen dra med sig vätska, liknande det som sker i en vanlig kaffebryggare där vattnet lyfts i stigar röret.
Möjligen att man kan tänka sig en cirkulär heatpipe (tänk en heatpipe i form av en slang till ett däck) då kan gasen ha samma flödes riktning som vätskan och motverkar inte funktionen.

Eller kanske som ammoniak baserade kylskåpen som sitter i husvagnar och husbilar, Absorptionskylskåp.
Nu har dessa en rätt låg verkningsgrad, kanske verkningsgraden blir bättre i nm skala. Kanske, då jag inte vet...

Permalänk
Medlem
Skrivet av Bengt-Arne:

Thermosiphon är väl när en vätska har självcirkulation genom skillnad i i temperatur = vill balansera ut temperaturen, eller mer rätt att högre energi flödar till lägre energi, utjämning .
Samma som självcirkulationen hos äldre vattenburen värme utan cirkulationspump, på dessa så var det mer regel än undantag att använda rör med en diameter på 2" eller mer.
Delvis, arean är proportionell med transporterad energi i förhållande till/samverkan med delta-T, större area = större energitransport, större delta-T = större energitransport/flöde.

Däremot om man använder både vätskefas och gasfas som i heatpipes så får man ett större utbyte, pumpeffekt kan man få genom att låta gasen dra med sig vätska, liknande det som sker i en vanlig kaffebryggare där vattnet lyfts i stigar röret.
Möjligen att man kan tänka sig en cirkulär heatpipe (tänk en heatpipe i form av en slang till ett däck) då kan gasen ha samma flödes riktning som vätskan och motverkar inte funktionen.

Eller kanske som ammoniak baserade kylskåpen som sitter i husvagnar och husbilar, Absorptionskylskåp.
Nu har dessa en rätt låg verkningsgrad, kanske verkningsgraden blir bättre i nm skala. Kanske, då jag inte vet...

Jo precis, däck slangen var det jag tänkte på.
Funderade lite på att bygga en passiv variant och låta den kalla vätskan rinna ner, men det skulle inte fungera i dessa små kanaler, så kanske man kan utnyttja kapilärkraften för att flytta vätskan till stället som skall kylas.

Permalänk
Medlem
Skrivet av Lordsqueak:

Istället för "veke" så får man förlita sig på kapilärkraften. Men i princip ja, det blir nog något av en omvänd vapor chamber.

Veke använder sig av kapillärkraften, veke ger väldigt många parallella vägar med väldigt smala öppningar som drar vatten med kapillärkraft för att få upp flödesmängden.

En del heatpipe bygger på att insidans yta består av lager med fin kopparnät fastpressat vars kapillär drar vatten eller består av tunt lager med sintrad koppar med eller utan stödrör alternativt att själva ytan är dragen med väldigt tunna spår efter längden för att få kapillärverkan.

Innerdelen i röret är helt tomt och är bara för gastransporten.

Att byta ut vatten till annan gas/vätska än vatten ger snabbt att både mängden gas och vätska som måste transporteras ökar flerfaldigt för samma effektöverföring och när man skalar upp snabbt blir problematiskt..

Vatten har entalpi på ca 2442 kJ/kg mellan flytande och ånga (entalpi ~ förångningsvärme i det här fallet), 997 gram/liter i vätskefas (alla nämnda 25 grader C)

Ammoniak har 1172 kJ/kg entalpi och densitet 604 gram/l i vätskefas

Isobutan har 360,9 kJ/kg entalpi och densitet 573 gr/liter i vätskefas

R134a har 186,8 kJ/kg entalpi och densitet 1206 gram/liter i vätskefas

Att ersätta vatten med ammoniak behöver drygt dubbla mängden massamässigt för en viss effekt och med nästan halva densiteten så behöver vätskeflödet volymmässigt vara nästan 4 ggr högre än vatten i kapillärdelen medans gaskanalen kan göras mindre relativt sett då densiteten är mycket högre än tex vattenånga vid samma temperatur (ammoniak 7,8 Bar och densitet av 7,8 kg/m^3, vatten 31 milliBar och densitet av 0.023 kg/m^3, båda vid 25 grader C)

Skall man gå över till Isobutan (R600) eller HCF-köldmedel som R134a så är det en faktor ~13 när det gäller transporten av volymen för flytande delen, och till detta helt andra egenskaper i tex hur det drar kapilläriskt i olika material, viskositet och undvika olämpliga materialkombinationer som tex. kombinationen ammoniak och koppar.

När man räknar vid 80 grader så kommer dels trycken för alternativa gaser vara höga och att volymerna för vätskedelen ökar markant (densiteten sjunker vid ökad värme) och tex R134a når sin kritiska temperatur redan vid 101 grader C (vätska upphör att existera oavsett tryck))

Man ser snart att det barkar iväg dimensionsmässigt och då framförallt på kapillärsidans vätsketransportkapacitet.

Vattendropparna under vakum i heat-pipe gör med andra ord väldigt gott jobb när det gäller värmeöverföring.

Permalänk
Medlem
Skrivet av Lordsqueak:

Jo precis, däck slangen var det jag tänkte på.
Funderade lite på att bygga en passiv variant och låta den kalla vätskan rinna ner, men det skulle inte fungera...

Det största problemet är att det inte finns något specifikt "upp" eller "ner" när man inte vet på vilket håll kylaren kommer vara orienterad vid användning. Kylningen måste fungera oavsett hur kretsen är monterad.

Permalänk
Medlem
Skrivet av Olle P:

Det största problemet är att det inte finns något specifikt "upp" eller "ner" när man inte vet på vilket håll kylaren kommer vara orienterad vid användning. Kylningen måste fungera oavsett hur kretsen är monterad.

Normalt montageär ju horisontalt eller vertikalt, om dom sen specificerar en flödesriktning att ta hänsyn till så bör det problemet vara löst.
Redan idag så specificeras en hårddisks montageposition, om det följs är ju upp till användaren...

Riktningen för flödet kan styras med ett eller flera Tesla Valve, som ex.

Permalänk
Medlem

@xxargs

Antar att du med entalpi menar förångningsentalpi.

Vid vilken förångnings temperatur och tryck har du angivit entalpi?

Antar att densiteten är angiven vid 1 atö, viket ju inte är det samma vid lägre tryck som råder i en heatpipe.

Förångningsentalpi för vatten är ca: 2260 kJ/kg vid (1 atö) 101,4 kPa med en förångnings temperatur på 100'c och inte 2442 kJ/kg.
Kan tänka mig att 2442 kJ/kg är vid ca:7,5 kPa där förångnings temperaturen då är runt 40'c. Densiteten orkade jag inte ta reda på

Permalänk
Medlem
Skrivet av Olle P:

Det största problemet är att det inte finns något specifikt "upp" eller "ner" när man inte vet på vilket håll kylaren kommer vara orienterad vid användning. Kylningen måste fungera oavsett hur kretsen är monterad.

Som tur är så spelar det inte så stor roll med kapilärkraft. Men det lär ju inte vara helt problemfritt ändå.
Frågan är väl bara om det verkligen gör nån nytta. på en krets är det ju inte stora avstånd värmen behöver flyttas, så det kanske är onödigt.

Permalänk
Medlem
Skrivet av Bengt-Arne:

@xxargs

Antar att du med entalpi menar förångningsentalpi.

Vid vilken förångnings temperatur och tryck har du angivit entalpi?

Antar att densiteten är angiven vid 1 atö, viket ju inte är det samma vid lägre tryck som råder i en heatpipe.

Förångningsentalpi för vatten är ca: 2260 kJ/kg vid (1 atö) 101,4 kPa med en förångnings temperatur på 100'c och inte 2442 kJ/kg.
Kan tänka mig att 2442 kJ/kg är vid ca:7,5 kPa där förångnings temperaturen då är runt 40'c. Densiteten orkade jag inte ta reda på

Värdena i tidigare inlägg är angivet vid 25 grader C, trodde att jag hade skrivit det på flertal platser där...

Förångningsentalpin förändras sakta till mindre ju varmare temperatur på icke linjärt sätt och skillnaden mellan förångningsentalpin vätska/gas går mot 0 vid 373,95 grader C och 219 bar övertryck (och densitet 322 kg/m^3) för vatten - det som också kallas kritiskt temperatur och över detta temperatur finns ingen vätska oavsett tryck.

tex. förångningsentalpi för vatten vid 95 grader är 2269 kJ/kg, flytande densitet 961,8 gram/liter, ångstadiets tryck 848 mBar absoluttryck och ångdensitet 0,504 kg/m^3.

Saken är att heatpipe fungerar också vid 25 grader C men inte med alls samma kapacitet som vid säg 95 grader C då ångdensiteten på gasen som rusar från varma sidan till den kalla sidan fortfarande är låg, och vid höga temperaturer så är det förmodligen kapillärsystemets transportförmåga av vatten som är effektbegränsande i kapacitet

Permalänk
Medlem
Skrivet av Bengt-Arne:

Redan idag så specificeras en hårddisks montageposition, om det följs är ju upp till användaren...

Det är knappast "upp till användaren" att avgöra på vilket håll moderkortet ska monteras i chassit. Flera olika varianter förekommer. Därtill kan flera chassin användas horisontellt eller vertikalt.

Permalänk
Medlem
Skrivet av Olle P:

Det är knappast "upp till användaren" att avgöra på vilket håll moderkortet ska monteras i chassit. Flera olika varianter förekommer. Därtill kan flera chassin användas horisontellt eller vertikalt.

Om man har en specificerad flödesriktning så är den inte påverkad av riktning i position vid horisontell montering, däremot vid vertikal montering.
Även där skall det inte vara något problem då vi redan med dom standarder som finns (AT,ATX med flera) anger en position.

Fundera på det! Hur många chassi har du sett som speglar/vänder moderkortet? Om dom gör så är det ett riktigt specialbygge som redan då bryter mot allt normalt, det är kanske 0,1% av alla chassin.
Skulle någon använda det chassit så är det i princip lika dum som att någon försöker sätta en AMD CPU i ett Intel moderkort, förutom då en 486 sockel