News Sandia-Forscher entwickeln revolutionären CPU-Kühler

[Suxxess]

Vor Jahren gab es mal in den Nachrichten ein Lüfterkonzept mit ionisiertem Gas ( Luft )
http://www.golem.de/0803/58514.html

Das Konzept finde ich wesentlich interessanter als dieses hier.
Und um auf die Frage zurückzukommen von wegen 10x geringerer Abstand.
Durch die Aufwinde / Sogwirkung soll die Luft in Bewegung gehalten werden.
Dies soll eine 10x bessere Übertragung ermöglichen als "stehende Luft".

Die Übertragung der Wärme soll daher direkt über den unteren Kühlköper erfolgen.
Und durch die Fliekraft soll der Staub von den Lamellen nach aussen gedrückt werden, so dass der Kühler theoretisch keinen Staub ansetzen kann. Gut dann liegt der Staub auf dem Mainboard...auch schön. Aber im Rechenzentrum ist das eh egal da dieses ja eigentlich staubfrei sein sollte.

Ich kann mir nicht vorstellen, dass so ein Lüfter länger durchhält als ein normaler Lüfter, denn sein Kugellager ist einer dauernden Belastung ausgesetzt. Und wenn da wirklich nur eine mm dicke Luftschicht zwischen Propeller und Kühlkörper werkelt, dann ist die Ausfallwahrscheinlichkeit von dem Teil recht hoch. Die meisten Teile, die in einem Rechenzentrum auszutauschen sind, sind Lüfter.

Nur wenn sie es schaffen das Teil ausfallsicherer hinzukriegen, dann hätten sie bei RZ eine Chance. Bei der Konstruktion sehe ich da allerdings keinen wirklichen Vorteil. Wenn sie es schaffen sollten die Abwärme eines Gerätes mit der Wärmeenergie des selbigen herunterzukühlen, dann wäre das durchaus ein Durchbruch.

 

[Onkelhitman]

Warum nutzen die keinen Striling-Motor? Der könnte die Abwärme nutzen um einen Lüfter anzutreiben. Je wärmer der Prozessor wird, desto schneller dreht sich auch der Lüfter.

 

[CroniC]

Warten wir es es doch einfach mal ab. Ist doch auf jeden Fall mal eine freudige Nachricht, dass sich in der Branche was tut. Wie sich das alles letztendlich umsetzt bleibt ab zu warten, da bringt auch viel mutmaßen unserer Experten hier nichts. Kommt ja dann letztendlich drauf an, wie es die Hersteller umsetzen wollen, wenn es dann soweit sein sollte.

 

[Vidy_Z]

In Ihrem, auch in CB-Nachricht verlinktem White Paper beschreiben die Leute ihre Erfindung. Der Rotor ist Luftgelagert. Er läuft auf einem Luftpolster, das wiederum auf einer präzise gefertigten Grundplatte liegt. Das Luftpolster wird mit verschiedenen kleinen Luftzufuhrlöchern in der Grundplatte mit Luft versorgt und gesteuert. Ein Sensor misst permanent die genaue Spaltbreite(Grafik Seite 17).

Seite 24 zeigt ein Diagramm in dem der Wärmewiderstand (C/W) als Funktion der Luftspaltdicke aufgeführt ist. Je niedriger der Wärmewiderstand, desto schneller kann die Prozessorwärme entweichen, oder kurz: je niedriger der Widerstand desto besser die Kühlung.

Die Dicke des Luftspalts schwankt in ihrem Modell zwischen einem und sechs hundertstel mm für, und das ist komisch, Helium als Trenngas im Spalt, woraus sich einen Wärmewiderstand von ca. 0,175° C/W ergibt bzw. einem Wärmewiderstand von 0,2 bis 0,28° C/W der aus der Verwendung von Stickstoff resultiert.
Zum Vergleich sind auf Seite 22 eine Reihe klassischer CPU Topflowkühler aufgeführt, die mit einem Widerstand von 0,55 bis 0,9°C/W angegeben sind.

Die Konstruktion soll also einen 3 bis 5 x niedriger Wärmewiederstand ermöglichen und dabei wegen des Luft-, bzw. Gaskissens und des Bürstenlosen Motors natürlich auch keine Schwingungen übertragen.

Ich bin sehr skeptisch weil:
- als "Schwebe-" Gas keine Umgebungsluft, sondern nur Helium und Stickstoff aufgeführt sind,
- weil, ganz nebenbei, Helium und Stickstoff auch super kalt sind, wenn sie aus einem typischen Druckbehälter entnommen werden,
- weil die Konstruktion in der vorgestellten Form nicht flach auf ein Mainboard passt,
- weil der Lüfter immer nur liegend abgebildet ist, und ich mir auch nur sehr schwer vorstellen kann, wie der Lüfter bei einer vertikalen Montage(was der Normalfall ist) bei einer Toleranz kleiner 1/10 mm auf einem Luft- oder Gaspolster mit Druck auf die schmalen Kante berührungsfrei laufen sollte.

Ich würde das eher mit Grundlagenforschung vergleichen. Auf die Leute wartet nämlich mindestens nochmal der selbe Aufwand um durch die ganzen Problematiken durchzusteigen, welche dem Prinzip zugrunde liegen und dummer Weise die technische Alltagstauglichkeit der Idee vermasseln.

Solche Forschung und Technik ist ja wirklich schön, sehr wichtig und auch sehr spannend, aber wie kann man nur zu diesem Entwicklungsstand schon nach Lizenznehmern Ausschau halten? Die Leute sollten eher versuchen staatlichen Fördergeldern zu bekommen, um damit ein paar einsatzfähige Prototypen zu entwickeln und vorzuführen.

 

[Kasmopaya]

Yay Kreissäge im PC, da wird Kabelmanagement eine ganz neue Bedeutung zugeführt. Oder eure Kabel sind ab.

Ne mal im ernst, meine Bedenken liegen da eher im Verschleiß, wie lange kann so eine Säge den halten gegenüber den langlebigen hoch entwickelten Lüfter heutzutage. Lautstärke könnte sogar passen, da durch die extreme Kühlwirkung ja nicht so viel Speed gebraucht wird und man könnte das Teil einfach sehr langsam drehen lassen.

Beim Preis stellen sich bei mir auch die Nackenhaare auf, wenn das nicht mal sehr teuer wird. Ergo -> wir brauchen Tests. Hoffentlich nicht erst in 10 Jahren.

 

[NemesisFS]

mmh ich bin kein Physikprof. aber irgendwie erschließt sich der Sinn mir nicht ganz...
In der Abbildung steht „Brushless motor“ wie schaltet ein Motor die Magnetfelder um ohne Kohlebürsten?

@Crimvel guter Mann das Bild sagt mehr als 1000 Worte.

Darauf ist zu erkennen das dieser Kühler „liegend“ / in waagerechter Position befindet wie sieht es denn mit anderen Positionen aus? Schlecht da die dünne Luftschicht von 0.001“ was etwa 25µm entspricht auf dem „Luftpolster“ gleitet = 0 Reibung, stellt aber gleichzeitig eine hohe Anforderung an Ebenheit und Oberflächengüte dar. Ein Kratzer oder Schlag dann kann man den wegschmeißen.

Ganz neu: google jetzt auch für nicht promovierte: http://de.wikipedia.org/wiki/Bürstenloser_Gleichstrommotor!

Außerdem hat Luft auch Reibung.
Man könnte das ganze zwar auch kippen, allerdings ist beim jetzigen Aufbau die Entfernung zur Hitzequelle überall sehr ähnlich, das würde sich ändern, wenn man den Rotor kippt.

Ergänzung (13. Juli 2011)

Ich bin sehr skeptisch weil:
- als "Schwebe-" Gas keine Umgebungsluft, sondern nur Helium und Stickstoff aufgeführt sind,
- weil, ganz nebenbei, Helium und Stickstoff auch super kalt sind, wenn sie aus einem typischen Druckbehälter entnommen werden,
- weil die Konstruktion in der vorgestellten Form nicht flach auf ein Mainboard passt,
- weil der Lüfter immer nur liegend abgebildet ist, und ich mir auch nur sehr schwer vorstellen kann, wie der Lüfter bei einer vertikalen Montage(was der Normalfall ist) bei einer Toleranz kleiner 1/10 mm auf einem Luft- oder Gaspolster mit Druck auf die schmalen Kante berührungsfrei laufen sollte.

Ich würde das eher mit Grundlagenforschung vergleichen. Auf die Leute wartet nämlich mindestens nochmal der selbe Aufwand um durch die ganzen Problematiken durchzusteigen, welche dem Prinzip zugrunde liegen und dummer Weise die technische Alltagstauglichkeit der Idee vermasseln.

Die Umgebungsluft besteht ja zu einem großen Teil aus Stickstoff, ich denke, der Unterschied wird nicht so groß sein.
Bei dem Lüfter gibt es keinen Grund ihn vertikal zu montieren: vom airflow her verhält er sich wie ein top blow lüfter.
Na klar ist es Grundlagenforschung, aber trotzdem überaus interessant.

 

[noplan724]

Ich glaub das Ganze bleibt ein Konzept. Eigentlich sollte es vollkommen egal sein, ob die Luft durch Eigenrotation oder durch einen Ventilator/Lüfter auf die Lamellen auftrifft. Sogeffekte kann man auch durch Lüfter hervorrufen.

Die kleine Luftschicht zwischen Kühler und den drehenden Lamellen wirkt außerdem - egal wie dünn - immer als Isolator und die winzigste Verschiebung in der Konstruktion wird die Luftschicht vergrößern. Da man da ordentliche Massen in Rotation bringen will (Kupferlamellen), wirds bauartbedingt immer zu Vibrationen und Schwingungen kommen.

edit: Schon heftig wieviele details das Whitepaper hergibt und das, bevor das Produkt auf dem Markt ist. Wobei, das Patent haben sie scheinbar.

 

[MurdocNicalls]

Hört sich ja sehr vielverspechend an, bin gespannt

 

[Dshing]

@Vidy_Z
Danke fürs raus suchen
Ich bin auch deiner Meinung, was ich nicht finde sind Angaben über die Fläche des Headers, wenn ich ein 1m² Header habe, brauche ich natürlich auch nicht so dicht ran kommen, wie bei den 0.0004m² von einem Intel Headspreader. Von den ATI GPUs mal ganz zu schweigen.

Findet man in dem Paper auch Begründungen, warum sie bei 50µm bereits die Werte erreichen, die man nach gängigen Theorien erst bei 5µm erwarten würde?
Ich hab nichts gefunden, aber mein Amerikanisch ist auch nicht so gut.

Mal abgesehen davon sind auch 50µm für normale Rechner, die man mal anschuckelt zu gering, da brächte es schon massive Halterungen und wie will man so etwas dann erst in Notebooks umsetzen?

 

[Nyix]

@ Eisenfaust:

Effekte wie die beschriebenen, sind hinlänglich als 'Kamineffekte' bekannt.

Antwort numenor:

Ich hab nichts von Kamineffekt gelesen?

Kann numenor dort nur zustimmen der Kühler hat nichts mit einem Kamin gleich.

Aber wer noch einen alten Staubsauger hat mit Beutel, der hat im Prinzip so einen ähnlichen "Kühler". Dieses Prinzip verwenden eigentlich viele Staubsauger. Um es noch besser zu verstehen, wo diese Lamellen sitzen hier eine bildliche Beschreibung:
- Auf dem Bild wo Air Flow steht ist normalerweise noch ein Vorfilter, der den Motor vor Staub (welcher nicht im Beutel gelandet ist) schützen soll
- Nun kommt genau so ein Rad, welches wie hier auch fest auf der Motorwelle sitzt
- Um das Rad herum ist ein fest montiertes zweites Rad, welches die ausströmende Luft steuert (also ihre Richtung)
- Meistens geht die Luft dann direkt durch den teilweise offen liegenden Motor (dient zur Kühlung!)
- Und danach durch einen letzten Filter wieder ins Freie
(Bei dem Kühler hier wurde der Motor nach vorne geholt und gleich mit der Frischluft gekühlt. Damit entfällt auch die Steuereinheit)

Also das wirklich "NEUE" an dem Prinzip ist die Wärmeübertragung via. 0,03 mm Luftschicht. Ich hoffe, dass uns hier kein Reinfall erwartet und der Kühler diese Toleranzen beibehält und nicht nach 2 Jahren anfängt zu schleifen. Außerdem bete ich dafür, dass man hier nicht auch in der Lautstärke sich am Staubsauger bedient hat.

 

[TrabT]

also stell ich mir das jetzt richtig vor das der ganze kühler samt kupfer-lamellen rotiert? das wär ja cool ^^ schon allein wie das aussehen muss ^^

 

[Nightspider]

Den hast Du Dir redlich verdient dafür, dass Du genau null Ahnung davon hast, wie ein Solarturm funktioniert.
Wie war das noch gleich? Achja:


Gruß FatFire

Wie du schon erfahren hast sprach ich von einem Aufwindkraftwerk, die im englischen Solar Tower genannt werden:

http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_updraft_tower

Bekommst von mir aber noch nen Headdesk.

Aus meinem Post war klar ersichtlich, das ich nicht von der Art Kraftwerk sprach, das du ausgeführt hast. Aber scheinbar war es dir ja nicht möglich weiterzudenken, schade auch.

Thermische Energie? Heissluftballon? Warme Luft steigt auf...nur so...

Und jetzt erklär uns doch noch worauf du mit dienen alten Weißheiten hinaus willst?

@FatFire

Ich glaube, er meinte das Aufwindkraftwerk und nicht Solarturm (vertippt?)

Korrekt.

 

[Rasenmaeher]

Impulserhaltung?

Erstens hat keiner von irgendwelchen Zusammenhängen mit Druck bei Weihnachtspyramiden gesprochen und zweites hat das nichts mit Impuserhaltung zu tun, sonderm mit dem Wechselwirkungsprinzip. (Actio = Reactio)

Während das Holzblatt den nach oben strömenden Luftstrom zB. nach rechts ablenkt (wenn das Blatt von links unten nach rechts oben geht) muss auch eine Gegenkraft auf das ablenkende Objekt (Holzflügel/Blatt/Lamelle) wirken.

Siehe:
http://de.wikipedia.org/wiki/Actio_und_reactio

Das mit deinem Wechselwirkungsprinzip ist richtig, allerdings kommt die resultierende Kraft bzw. die Energie zur Rotation der Pyramide aus dem Impuls der Luftmoleküle , das meinte ich. Kommt aus der Stömungsmechanik/Strömungslehre.
Gruß

 

[etheReal]

Also wenn jetzt noch jemand stänkern möchte nach dem Motto "das geht doch gar nicht" und "Wie? Luft als Wärmeleiter, das ist ja Müll!"
dann soll er/sie bitte dieses Paper hier lesen und daraufhin einen wisschenschaftlich fundierten Beweis antreten, dass alles, was darin steht, falsch ist.

Der Autor hat sich nämlich scheinbar einige Gedanken dazu gemacht, und auch praktische Forschung dazu betrieben - wieso denkt denn jetzt jeder, der auch schon mal einen Luftkühler in seinen Rechner eingebaut hat, dass er es besser wissen muss?

 

[Nightspider]

Das mit deinem Wechselwirkungsprinzip ist richtig, allerdings kommt die resultierende Kraft bzw. die Energie zur Rotation der Pyramide aus dem Impuls der Luftmoleküle , das meinte ich. Kommt aus der Stömungsmechanik/Strömungslehre.
Gruß

Ja nagut man kann das, woher die Energie genau kommt, auch auf die Quantenmechanik runterbrechen aber man kann die warme nach oben strömende Luft als eine konstant, senkrecht nach oben gerichtete Kraft zusammenfassen. (Technische Mechanik^^)

 

[MichiSauer]

@Raptor: Der Aufbau in dem Bereich unterscheidet sich kaum, die Technik, mit der ich die Spulen pole unterscheidet sich beim Brushless allerdings eklatant.
Beim Bürstengesteuerten Motor habe ich durch die Drehung einen Wechselimpuls. Das ist auch über einen einfachen Schleifkontakt auf dem Lüfterrad zu erreichen. Bei Brushless-Motoren muss der Wechselimpuls durch eine Steuerung erfolgen. Da man bei den meisten Lüftern heute noch das dritte Kabel killen kann vermute ich, dass sie nicht den Brushless-Motoren entsprechen, die ich kenne.
Anderenseits wäre es möglich über einen IC die Steuerung entsprechend der Spannung vorzunehmen, oder wie bei PWM-Lüftern per Alternierung...
Dennoch finden sich in vielen günstigen Lüftern auch heute noch ganz normale Bürstenmotoren.

UND ja, ich hab gelesen, dass hier ein Brushless zum einsatz kommen soll...
ICh frage in meinem Post zuvor nur, warum es auch heute noch Lüfter gibt, die keine Modulierte Geschwindigkeit zulassen und warum es auch immer noch nicht möglich scheint gute Brushless-Motoren einzusetzen und durch hohe Umdrehungen bei klugem vorgehen hohen Luftdurchsatz zu erzielen. Im Modellbau ist das längst Alltag. (OK, die Motoren sind klar größer )

 

[Vidy_Z]

@Dshing
Auf Seite 18 sind die Maße aufgeführt: 4 Zoll Außen- und 1,5 Zoll Innendurchmesser, also auf europäisch 10,24 cm Rotordurchmesser und 110,5 cm² "Kontakt-" oder besser Luftpolsterfläche.

Findet man in dem Paper auch Begründungen, warum sie bei 50µm bereits die Werte erreichen, die man nach gängigen Theorien erst bei 5µm erwarten würde?

Wenn ich heute die Zeit dazu finde, werde ich auch mal probieren dazu noch etwas im Dokument aufzutreiben :-).

@NemesisFS

ich denke, der Unterschied wird nicht so groß sein

Das reicht aber nicht. Ich will natürlich einen Test mit typischer Atemluft. Daneben fehlen auch die Angaben über die Temperaturen des Stickstoffs bzw. des Heliums. Diese Gase sind nämlich sehr kalt, wenn sie aus einer Druckflasche strömen und sich dabei um ein vielfaches ausdehnen. So etwas muss als Einfluss aussagekräftig ausgeklammert werden. Wurde es aber nicht!

Bei dem Lüfter gibt es keinen Grund ihn vertikal zu montieren

Überlege dir einfach nochmal was du da sagst. Denn in einem typischen Towergehäuse werden 95% aller CPU-Lüfter vertikal montiert. der Rest sind Sonderfälle und Notlösungen.

vom airflow her verhält er sich wie ein top blow lüfter

Ist so auch nicht ganz zutreffend. Die Luft wird am Rand eingesogen, und entweicht durch die Mitte nach oben. Die CPU befindet sich im "Schatten" der Grundplatte. (Edit@Nyix: Jepp, ist mir auch gerade aufgefallen. Deshalb:)Die Kühlluft strömt von oben durch die Mitte des Lüfters ein und wird am Lüfterrand ausgestoßen. Die CPU befindet sich im "Schatten" der Grundplatte.

 

[Nyix]

Ist so auch nicht ganz zutreffend. Die Luft wird am Rand eingesogen, und entweicht durch die Mitte nach oben. Die CPU befindet sich im "Schatten" der Grundplatte.

Wenn das auf den Sandia-Kühler bezogen war, ist es nicht richtig. Siehe Abbildung in den News. Die Luft kommt von der Mitte (kühlt dabei den teilweise offenen Motor mit) und geht durch die Lamellen nach außen. (siehe Pfeilrichtungen).

 

[Dshing]

Danke Vidy_Z.
Dann bräuchte man doch aber wieder eine Zwischenplatte um es auf reale Rechenkerne im Serienbereich anwenden zu können. Also mit einem IBM Cranks Power6 Processor hätte man dann zwar die nötige Fläche, aber der wird sich sicherlich nicht mit <200W zufrieden geben, womit dann die 50mµ wieder zu wenig wären.

 

[FatFire]

@Nightspider:

1. Bin ich nicht hier Deine Fehler zu korrigieren und wenn Du etwas nicht richtig benennen kannst, nutze nicht ein anderes existierendes Wort um Deine Unwissenheit zu kaschieren und werde nicht auch noch frech um davon abzulenken. Du hast einen Fehler gemacht, nicht ich.

2.

Ja, sehr wahrscheinlich sogar. Aber jetzt weiß er wenigstens wie es ist, wegen so einer Nichtigkeit derbe angefahren zu werden

Und mit Deinem letzten Beitrag hast Du auch schön bewiesen, dass Du nicht einmal daraus lernen kannst.