Technologia chłodzenia TEC
Wraz z ciągłym dążeniem do ludzkiej mocy obliczeniowej coraz więcej tranzystorów jest wstawianych do układu komputerowego. Gęstość każdej jednostki obliczeniowej rośnie. Jednocześnie wyższa częstotliwość powoduje również wyższe napięcie robocze i zużycie energii w chipie. Można przewidzieć, że w ciągu najbliższych kilku lat będziemy nadal dążyć do poprawy wydajności obliczeniowej chipa, co oznacza również, że musimy również stale rozwiązywać problem termiczny temperatury chipa.
Technologia chłodzenia TEC oparta na zasadzie efektu termoelektrycznego to nowa metoda chłodzenia o wysokiej sterowalności, prostej obsłudze i niskich kosztach. Jest stopniowo stosowany w dziedzinie rozpraszania ciepła.
Efekt termoelektryczny to bezpośrednie przekształcenie napięcia generowanego przez różnicę temperatur i odwrotnie. Mówiąc najprościej, urządzenie termoelektryczne, gdy występuje różnica temperatur między ich dwoma końcami, wytworzy napięcie, a gdy zostanie do niego przyłożone napięcie, wytworzy również różnicę temperatur. Efekt ten można wykorzystać do generowania energii elektrycznej, pomiaru temperatury oraz chłodzenia lub ogrzewania obiektów. Ponieważ kierunek ogrzewania lub chłodzenia zależy od przyłożonego napięcia, urządzenia termoelektryczne bardzo ułatwiają kontrolę temperatury.
W porównaniu z tradycyjnym chłodzeniem powietrzem i chłodzeniem cieczą, chłodzenie chipów półprzewodnikowych ma następujące zalety:
1. Temperaturę można obniżyć poniżej temperatury pokojowej;
2. Dokładna kontrola temperatury (przy użyciu obwodu regulacji temperatury w pętli zamkniętej, dokładność może osiągnąć ± 0, 1 stopień);
3. Wysoka niezawodność (elementy chłodnicze to solidne urządzenia bez części ruchomych, o żywotności ponad 200 000 godzin i niskiej awaryjności);
4. Brak hałasu podczas pracy.
Wyzwanie związane z chłodzeniem TEC:
1. Obecnie współczynnik chłodzenia półprzewodników jest mały, a energia zużywana podczas chłodzenia jest znacznie większa niż wydajność chłodzenia. Wskaźnik zużycia energii grzejnika Tec jest zbyt niski, a grzejnik Tec nie może na tym etapie stać się głównym rozwiązaniem chłodzącym.
2. Gdy łopatka chłodnicza TEC działa, wymaga skutecznego odprowadzania ciepła na gorącym końcu podczas chłodzenia na zimnym końcu. Oznacza to, że jeśli urządzenie chłodnicze TEC chce przeprowadzić chłodzenie o dużej mocy i wyprowadzać je do procesora w celu rozpraszania ciepła, musi ono również być stale rozpraszane, co powoduje niezdolność do niezależnej pracy tec o dużej mocy.
3. Wilgoć w powietrzu łatwo tworzy kondensację w częściach poniżej temperatury pokojowej w obliczu dużej różnicy temperatur w środowisku produkowanym przez tec. Konieczne jest zaprojektowanie pewnego środowiska uszczelniającego wokół procesora, aby uniknąć ryzyka kondensacji i uszkodzenia elementów płyty głównej.
Wraz z udoskonalaniem procesu gęstość tranzystorów wzrasta, a obszar matrycy rdzenia procesora staje się coraz mniejszy. Zgodnie z zasadą termodynamiki, gdy powierzchnia przewodzenia ciepła jest mniejsza, potrzebna jest większa różnica temperatur, aby utrzymać wydajność przewodzenia ciepła. Tradycyjna forma chłodzenia z mniejszą różnicą temperatur nie może rozwiązać tego problemu. Nawet jeśli pobór mocy procesora nie jest wysoki, nadal będzie on poważnie akumulował ciepło, powodując zbyt niski limit częstotliwości. Tec ma naturalnie dużą różnicę temperatur (temperatura na końcu absorpcji ciepła może z łatwością osiągnąć - 20 stopień ), co może być najlepszym rozwiązaniem problemu małej powierzchni i wysokiego przewodnictwa ciepła.
