Radiadores para chips

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/05/2003

Pesquisadores da Universidade Purdue (Estados Unidos) fizeram uma descoberta que poderá permitir a criação de sistemas líquidos para o resfriamento de chips de computadores, semelhantes aos radiadores hoje utilizados nos automóveis. À medida em que diminui o tamanho dos chips, aumenta exponencialmente o calor gerado por área. Recentemente, ao anunciar seu novo chip da classe Itanium, ainda conhecido pelo seu codinome "Madison", a Intel previu que ele deverá dissipar 130 watts de potência em uma área de menos do que quatro centímetros quadrados. Isto demonstra a importância de se desenvolver sistemas de resfriamento mais eficientes do que os pequenos ventiladores hoje colados sobre os processadores. Espera-se que a dissipação atual de 75 watts por centímetro quadrado atinja até 300 watts por centímetro quadrado nos próximos 3 anos.

Até agora os pesquisadores viam dois grandes entraves à construção de sistemas de resfriamento líquido tão pequenos: o primeiro é que bolhas poderiam bloquear o fluxo do líquido, que deve passar por microcanais de dimensões pouco maiores do que a espessura de um fio de cabelo humano. O segundo entrave seria a necessidade de se utilizar bombas elétricas para forçar o líquido ao longo dos canais.

Mas os cientistas da Universidade Purdue resolveram simultaneamente os dois problemas. Eles criaram um sistema de resfriamento líquido sem a utilização de bombas, capaz de remover até seis vezes mais calor do que os melhores sistemas hoje disponíveis. A pesquisa foi coordenada pelo engenheiro mecânico Issam Mudawar.

O líquido bombeado gera menos bolhas do que era teoricamente previsto pelos engenheiros. E a diminuição do diâmetro dos microcanais por onde o líquido irá fluir aumenta a eficiência da troca de calor e faz com que as bolhas diminuam ainda mais, justamente o contrário do resultado previsto. Como as bolhas realmente formadas são muito menores do que o diâmetro dos microcanais, elas fluem pelo sistema sem problemas. E o conjunto não requer bombas para fazer o líquido circular porque ele flui naturalmente por convecção, retirando o calor do chip.

O protótipo construído pelos pesquisadores consiste em um circuito fechado formado por dois tubos verticais paralelos, contendo um líquido dielétrico (um líquido que não conduz eletricidade). O líquido flui através de microcanais construídos em uma placa metálica, a qual fica em contato com o chip. À medida em que o líquido flui pelos canais, sendo aquecido pelo chip, ele entra em ebulição, o que ocasiona a formação de bolhas de vapor. Como as bolhas são mais leves do que o líquido, elas migram para o topo do canal, onde são resfriados por um ventilador e recondensam-se no líquido. O líquido resfriado flui para o tubo paralelo e faz uma trajetória descendente, criando um fluxo contínuo auto- sustentado.

Em comparação com sistemas sem bombas existentes no mercado, o protótipo mostrou-se 5,7 vezes mais eficiente. Mas os pesquisadores acreditam que ainda há muito espaço para otimização. Eles passarão agora a trabalhar no "design" do sistema, procurando ver qual configuração dos tubos e do trocador de calor funciona melhor.

O trabalho foi publicado no número de Março do boletim IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, com autoria do Dr. Mudawar e do estudante Swaraj Mukherjee.