Crean un material que mejora la transferencia de calor un 72% frente a las pastas térmicas de metal líquido de CPU y GPU
El hardware sigue avanzando inexorable hacia un abismo continuo al que parece nunca llegar. Y es que justamente cuando los niveles de consumo de energía y temperaturas aumentan, la tecnología siempre consigue expandir un poco más la línea temporal y difuminar ese límite, ese abismo, postergando el declive y límite que marcan los vatios y los grados. Hoy tenemos un buen ejemplo de ello, ya que han conseguido crear un material que mejora la transferencia de calor en CPU y GPU en un impresionante +72% frente a las TIM de metal líquido.
Como era de esperar, no se comercializará, en un primer momento, para los usuarios comunes de a pie, pero el material ya existe y será aplicado próximamente en los centros de datos de nueva creación, sobre todo los de IA con sus CPU y GPU de alto consumo, ayudando a reducir la energía consumida por los sistemas de refrigeración.
Las pastas térmicas de metal líquido son historia: un nuevo material mejora su transferencia de calor en hasta un 72%
Varias universidades de EE.UU. y China han logrado este importante avance, en concreto, las de Texas, Austin, Sichuan y Huazhong, desde donde han publicado el hallazgo en la revista Nature NanoTechnology en base a un nuevo material, que dicen, supera a las TIM de Galio e Indio por mucho.
El material es una mezcla en forma de pasta coloidal con Galistan (Galio, Indio y Estaño) con nitruro de aluminio cerámico. Esta mezcla reúne dos características clave: punto de fusión de -19º C y una conductividad térmica altísima por el nitruro de aluminio, el cual es ampliamente utilizado en aplicaciones electrónicas y térmicas debido a su alta conductividad y buena estabilidad térmica, lo que lo hace ideal para la disipación de calor.
En concreto, dependiendo de la pureza del nitruro de aluminio, su estructura cristalina, el tamaño del grano a usar, la orientación de los cristales y el método de fabricación que se use, la conductividad térmica puede ser desde los 140 W/mK hasta unos increíbles 200 W/mK. Para hacernos una idea, la TIM de metal líquido Conductonaut, conocida por todos, tiene 73 W/mK, ahora imagina las posibilidades de este nuevo material creado en exclusiva para la mejor transferencia de calor en tu CPU o GPU.
Igualmente, no especifican un valor concreto y sobre qué cifra están tomando los datos en concreto para la conductividad térmica, pero sí que han comentado que este nuevo material logra una conductividad térmica en cuanto a transferencia de calor entre un 58% y un 72% mejor. Dicho esto, ¿cómo lo han conseguido?
Mecanoquímica, un método aplicado a las pastas térmicas que revoluciona el sector
El término a conocer es mecanoquímica, la cual no es más que una rama de la química básica que tiene la función de estudiar las reacciones químicas que se producen con la energía mecánica, en vez de hacerlo con la térmica, la eléctrica o la fotónica. Es una rama que para este tipo de material en cuestión es clave, ya que el unir mecánicamente varios compuestos como los que hemos nombrado para mejorar la transferencia de calor solo es posible mediante la fuerza ejercida en tareas clásicas como moler, triturar o usar una alta compresión.
Según se explica en el artículo, este material específico para mejorar la transferencia de calor en CPU y GPU se produce al introducir mecánicamente átomos del Galistán en la superficie de los coloides. La patente lo explica así:
Estos coloides demuestran resistencias térmicas de entre 0,42 y 0,86 mm 2 K W −1 dentro de las interfaces térmicas reales, superando a los principales conductores térmicos en más de un orden de magnitud. Este rendimiento superior se atribuye a la heterointerfaz de gradiente con un transporte térmico eficiente a través de interfaces líquido-sólido y la notable tixotropía coloidal.
En dispositivos prácticos, los resultados experimentales demuestran su capacidad para extraer 2760W de calor de una fuente térmica de 16 cm 2 cuando se combina con refrigeración por microchannels, y puede facilitar una reducción del 65% en el consumo de electricidad de la bomba. Este avance en la tecnología de interfaz térmica ofrece una solución prometedora para el enfriamiento eficiente y sostenible de dispositivos que operan a niveles de kilovatios.
Los centros de datos y la IA, un problema con el consumo de las nuevas CPU y GPU
El profesor Guihau Yu, de la Universidad de Texas, explica la complejidad de la situación actual con los centros de datos y las interfaces térmicas para refrigerar CPU y GPU con tan altos consumos:
“El consumo de energía de la infraestructura de refrigeración de los centros de datos y otros sistemas electrónicos de gran tamaño que consumen mucha energía se está disparando. Esa tendencia no se disipará en el corto plazo, por lo que es fundamental desarrollar nuevas formas, como el material que hemos creado, para la refrigeración eficiente y sostenible de dispositivos que funcionan a niveles de kilovatios e incluso a una potencia superior.
Este nuevo material que mejora la transferencia de calor puede permitir una refrigeración sostenible en aplicaciones de alto consumo energético, desde centros de datos hasta la industria aeroespacial, allanando el camino para tecnologías más eficientes y ecológicas".
¿Llegará esto a PC y portátiles? Pues no es descartable, quizás no con el mejor rendimiento por simples costes, pese a que se produzca en cantidades increíbles, pero una versión "lite" que mejore muy y mucho la transferencia térmica entre IHS o die y el cold plate de nuestro sistema de refrigeración podría ser factible para ciertas empresas que obtengan la patente o diseñen un material similar inspirándose en este.