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Un ouragan microscopique pour refroidir les puces

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Electrisez l'air puis attirez-le dans un couloir chargé dans la polarité opposée : c'est le principe du « vent ionique ». Un prototype vient d'en démontrer l'intérêt pour évacuer la chaleur d'une puce électronique. Venant compléter le ventilateur classique, il en multiplie paraît-il l'efficacité par 2,5.

Timothy Fisher (à droite) et Suresh Garimella devant le prototype de leur refroidisseur, incorporé ici sur une galette de silicium. © Purdue News Service photo / David Umberger

A la longue saga des systèmes de refroidissement des composants électroniques, une équipe de l'université de Purdue (Etats-Unis) vient d'ajouter avec succès une méthode inédite : provoquer un vent violent à sa surface même. Le prototype de Timothy Fisher et Suresh Garimella ne remplace pas le ventilateur mais le complète.

L'idée de départ est que l'air soufflé par les pales du ventilateur n'a pas une vitesse uniforme quand il vient lécher les circuits à refroidir. Au contact de la surface, les molécules d'air sont ralenties. C'est le même phénomène de frottement qui réduit la vitesse du vent au niveau du sol ou encore le courant sur le fond de la mer.

Depuis un an, les deux chercheurs américains étudient un moyen ingénieux pour accélérer l'air en surface : le ioniser puis l'attirer électriquement. Leur dispositif expérimental comprend des lignes d'anodes (électrodes chargées positivement) éloignées de 10 millimètres d'une série de cathodes (négatives). Quand une tension électrique suffisante est appliquée entre les deux, des électrons traversent la couche d'air qui sépare les électrodes. En chemin, ils entrent en collision avec les molécules d'air, générant des ions positifs. Fortement attirés par les cathodes, ces ions sont emportés à grande vitesse et forment un coup de tabac en miniature : c'est le « vent ionique », selon l'expression forgée par ses inventeurs.

Performance au rendez-vous

Pour tester l'efficacité de leur système, Fisher et Garimella ont fabriqué un prototype monté sur une fausse puce dont la température pouvait être contrôlée, le tout étant installé devant un ventilateur d'ordinateur de bureau. Chauffée à 60 °C, le petit objet de quelques millimètres carrés a été refroidi à 35 °C. Selon les deux chercheurs, les mesures indiquent que le taux de transfert de chaleur est 250 % plus élevé qu'avec le ventilateur seul. De quoi en réduire la taille, ou, à ventilation égale, augmenter considérablement la puissance possible des puces électroniques.

Heureux du résultat et confiants dans les potentialités de leur idée, les deux scientifiques cherchent maintenant à réaliser un dispositif suffisamment miniaturisé pour être installé sur un processeur ou une mémoire d'ordinateur. Une des limites à ce principe très élevé est la forte tension nécessaire (plus de 4 500 volts dans le prototype actuel) pour ioniser la couche d'air, qui complique la conception du refroidisseur et le rend probablement gourmand en électricité. Mais ses inventeurs en sont sûrs : un système fonctionnel et commercialisable sera réalisé d'ici à trois ans.

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