Coole Computerkonzepte für das digitale Zeitalter
Vom Smartphone in der Hosentasche bis hin zu den Satellitenkonstellationen in der Erdumlaufbahn – der unstillbare Bedarf der Menschheit an Daten, die so schnell wie möglich geliefert werden müssen, wird immer größer. Dies bedeutet eine enorme Belastung für die Mikroprozessoren, die eine Vielzahl von Rechenfunktionen gleichzeitig ausführen müssen. „Der Mikroprozessor ist das Herzstück der Datenverarbeitung“, erklärt der Koordinator des Projekts ThermaSMART, Prashant Valluri von der University of Edinburgh im Vereinigten Königreich. „Sie verbrauchen im Betrieb viel Energie – wenn man zum Beispiel einen Film auf dem Laptop anschaut, können sie sehr heiß werden.“ Datenzentren, in denen unter Umständen mehrere Dutzend Mikroprozessoren untergebracht sind, können ebenfalls heiß werden. Eine Störung – oder sogar ein Brand – könnte sensible Finanz-, Gesundheits- oder Behördendaten gefährden.
Phasenwechselkühlung für Mikroprozessoren
Die Industrie beschäftigt sich schon seit Jahren mit dem Problem der Wärmeentwicklung in Mikroprozessoren. Traditionell wird zur Kühlung von Computern Kühlluft verwendet, die jedoch nur eine begrenzte Leistung erbringen kann. Das EU-finanzierte Projekt ThermaSMART untersuchte das Potenzial der sogenannten Phasenwechselkühlung, um Mikroprozessoren vor Überhitzung zu schützen. Kühlschränke bleiben genau auf dieselbe Weise kalt. Es funktioniert folgendermaßen: Das in Schlangen durch den Kühlschrank fließende Kühlmittel nimmt in flüssiger Form Wärme auf und führt sie vom Kühlschrankinhalt ab. Bei der Erhitzung verdampft es zu einem Gas und gibt die Wärme über externe Schlangen ab, bevor es abkühlt und wieder flüssig wird. Der Zyklus wird dann wiederholt.
Mikrokanäle für elektronische Geräte
Valluri und sein Team wollten herausfinden, ob sich dieses Kühlverfahren auch auf elektronische Geräte anwenden lässt. Diese Arbeit baute auf einem früheren Projekt mit der Bezeichnung THERMAPOWER auf. Es verbesserte das grundlegende Verständnis von Phasenwechselphänomenen. „In diesem jüngsten Projekt haben wir uns mit grundlegenden wissenschaftlichen Aspekten der Verdampfung, des Siedens und der Kondensation sowie mit der Effizienz verschiedener Materialien und Kältemittel befasst“, sagt Valluri. „Wir sondierten auch die technischen Aspekte, da ein Mikroprozessor eine derart kleine Vorrichtung ist. Daher haben wir winzige Mikrokanäle mit Kältemittel entwickelt, die auf einem Mikroprozessor montiert werden könnten.“ Im Mittelpunkt von ThermaSMART, das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wurde, stand der Austausch von Mitarbeitenden. Daran waren 21 Universitäten von fünf Kontinenten beteiligt. „Auf diese Weise konnten wir so viele Studierende weiterbilden“, fügt Valluri hinzu. „Einer der besten Aspekte des Projekts war die Möglichkeit, Studierende zu Fachleuten in anderen Ländern zu schicken. Dieser Austausch war immer gegenseitig bereichernd.“ Eines der Hauptergebnisse ist eine beeindruckende Liste von begutachteten Forschungsarbeiten, in denen zahlreiche Aspekte der Phasenwechselkühlung untersucht wurden.
Neurologie als Anwendungsbereich
Ein weiterer Erfolg des Projekts war die Identifizierung möglicher neuer Anwendungsbereiche. „Das ist fast zufällig passiert“, bemerkt Valluri. „Ich habe mit der Abteilung Centre for Clinical Brain Sciences hier in Edinburgh zusammengearbeitet, die sich mit der Kühlung des Gehirns befasst hat.“ Nach einer schweren Hirnverletzung ist eine gute Kühlung des Gehirns oft entscheidend, denn eine Schwellung kann zu weiteren Schäden führen. Die Erkenntnisse aus dem Projekt ThermaSMART wurden genutzt, um die Phasenkühlung als mögliche Lösung für die Regelung der Gehirntemperatur von Betroffenen zu untersuchen. Während Valluri und sein Team daran interessiert sind, alle möglichen Wege zu erkunden, sind sie auch zuversichtlich, dass die Phasenwechselkühlung in der Zukunft der Datenverarbeitung eine entscheidende Rolle spielen wird. Der Austausch von Mikroprozessoren ist teuer und umweltschädlich. Die Verwendung von Luft als Kühlmittel ist ineffizient und energieaufwändig. „Der nächste Schritt wird sein, dass diese Mikrokanal-Chipkühlmethoden entwickelt und installiert werden“, sagt er.
Schlüsselbegriffe
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