Chip più freschi: raffreddamento ad acqua 3D promette efficienza 7 volte superiore
Ricercatori dell'Università di Tokyo hanno sviluppato un sistema di raffreddamento 3D ad acqua che sfrutta il cambio di fase per dissipare calore con un'efficienza fino a 7 volte superiore. La tecnologia promette applicazioni in elettronica, automotive e aerospazio.
di Manolo De Agostini pubblicata il 22 Aprile 2025, alle 07:01 nel canale Scienza e tecnologiaUn team di ricercatori dell'Università di Tokyo ha messo a punto un innovativo sistema di raffreddamento ad acqua tridimensionale che sfrutta il cambio di fase del liquido per dissipare il calore in modo fino a 7 volte più efficiente rispetto ai metodi tradizionali. Potrebbe essere fondamentale per i chip del futuro, che si preannunciano sempre più caldi.
Il nuovo sistema, descritto in uno studio pubblicato su Cell Reports Physical Science, si basa su microcanali 3D integrati direttamente all'interno dei chip, accompagnati da strutture capillari e uno strato di distribuzione a collettore. Questo approccio consente non solo di far circolare l'acqua, ma anche di gestire efficacemente il passaggio da liquido a vapore - un processo che, come riportato dall'istituto, permette all'acqua di assorbire sette volte più energia rispetto al semplice riscaldamento senza ebollizione.
"Utilizzando il calore latente dell'acqua, si può ottenere un raffreddamento a due fasi, con un miglioramento significativo dell'efficienza nella dissipazione del calore", spiega Hongyuan Shi, autore principale dello studio.
Tradizionalmente, il raffreddamento con microcanali è limitato dal cosiddetto "calore sensibile" dell'acqua, cioè la quantità di calore che essa può assorbire prima di cambiare fase. Il passaggio a un raffreddamento a due fasi, che sfrutta la formazione e la gestione del vapore, è stato finora ostacolato da difficoltà tecniche, in particolare legate alla regolazione del flusso di bolle di vapore nei minuscoli canali.
Ma il team dell'Istituto di Scienza Industriale dell'Università di Tokyo sembra aver trovato la chiave per superare questi limiti. "Abbiamo scoperto che sia la geometria dei microcanali che il modo in cui il refrigerante viene distribuito influiscono fortemente sulle prestazioni termiche e idrauliche del sistema", spiegano i ricercatori.
Il risultato? Un coefficiente di prestazione (COP) che, in alcuni test, ha raggiunto valori fino a 100.000, un dato che supera di circa dieci volte l'efficienza delle tecnologie di raffreddamento monofase attualmente in uso. "La gestione termica dei dispositivi elettronici ad alta potenza è cruciale per lo sviluppo della tecnologia di prossima generazione, e il nostro progetto potrebbe aprire nuove strade per ottenere il raffreddamento necessario", afferma Masahiro Nomura, autore senior.
Oltre ai chip, questa tecnologia promette applicazioni nei settori automotive, aerospaziale e nei dispositivi ad alte prestazioni come laser, LED, radar e fotorilevatori. E con la possibilità di operare anche in modalità passiva, senza pompe, potrebbe segnare un passo importante verso un futuro più sostenibile e ad alta efficienza energetica.
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21 Commenti
Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - infoMi stupisce che, come dice il titolo, si possa trasferire 7 volte più calore facendo evaporare acqua dentro al chip.. il che vuol dire che si va ben oltre i 100°..
In ogni caso, già una normale CPU o GPU quando sono sotto carico possono arrivare a 60-70 gradi se non di più... ma questo con sensori che sono all'esterno, mentre qui parliamo di un sistema integrato all'interno del chip, dove sicuramente le temperature sono maggiori, e probabilmente non di poco.
Inoltre le temperature suddette ce le hai rilevate quando i sistemi di dissipazione stanno lavorando a pieno regime, perchè altrimenti (al netto dei sistemi di protezione che abbasserebbero le frequenze per non bruciare tutto) avresti temperature ben superiori.
Il calore prodotto mi sembra ben più che quello necessario per far arrivare l'acqua a 100 e passa gradi. Semmai mi sarei stupito proprio del contrario.
In ogni caso, già una normale CPU o GPU quando sono sotto carico possono arrivare a 60-70 gradi se non di più... ma questo con sensori che sono all'esterno, mentre qui parliamo di un sistema integrato all'interno del chip, dove sicuramente le temperature sono maggiori, e probabilmente non di poco.
Inoltre le temperature suddette ce le hai rilevate quando i sistemi di dissipazione stanno lavorando a pieno regime, perchè altrimenti (al netto dei sistemi di protezione che abbasserebbero le frequenze per non bruciare tutto) avresti temperature ben superiori.
Il calore prodotto mi sembra ben più che quello necessario per far arrivare l'acqua a 100 e passa gradi. Semmai mi sarei stupito proprio del contrario.
Attenzione che l'acqua, ma qui si parla di liquido, evapora anche allo stato solido ( quindi anche con temperature inferiore allo zero) che in gergo viene detta sublimazione.
Determinante per l'evaporazione è poi da pressione e ci ritroviamo con l'acqua che va in ebollizione a 100° a 1 atm mentre a pressioni superiori il punto di ebollizione si sposta in alto.
Non dimentichiamoci poi delle pozze d'acqua dopo i temporali estivi che evaporano velocemente anche all'ombra con temperature inferiori ai 40°.
In definitiva la capacità di evaporare di un liquido è data da temperatura, pressione e umidità del volume non occupato dal liquido.
Riguardo l'articolo non si fa menzione del sistema nel dettaglio, ipotizzerei dei canali con una struttura in sezione a forma di 8 con una parte occupata da acqua ed un'altra da un gas a bassa densità in grado di favorire l'evaporazione ed impedire la formazione di bolle di vapore all'interno del liquido
Determinante per l'evaporazione è poi da pressione e ci ritroviamo con l'acqua che va in ebollizione a 100° a 1 atm mentre a pressioni superiori il punto di ebollizione si sposta in alto.
Non dimentichiamoci poi delle pozze d'acqua dopo i temporali estivi che evaporano velocemente anche all'ombra con temperature inferiori ai 40°.
In definitiva la capacità di evaporare di un liquido è data da temperatura, pressione e umidità del volume non occupato dal liquido.
Riguardo l'articolo non si fa menzione del sistema nel dettaglio, ipotizzerei dei canali con una struttura in sezione a forma di 8 con una parte occupata da acqua ed un'altra da un gas a bassa densità in grado di favorire l'evaporazione ed impedire la formazione di bolle di vapore all'interno del liquido
Scusa se rispondo piccato, ma non è che ho parlato di sistema chiuso e parametri di P e T tanto per fare. Non mi sono dilungato perchè non avrebbe avuto senso; non volevo fare un trattato di chimica-fisica, solo evidenziare che ci possono essere tutti i presupposti per raggiungere una situazione di ebollizione dell'acqua (che è un'altra cosa rispetto all'evaporazione).
Scusa se rispondo piccato, ma non è che ho parlato di sistema chiuso e parametri di P e T tanto per fare. Non mi sono dilungato perchè non avrebbe avuto senso; non volevo fare un trattato di chimica-fisica, solo evidenziare che ci possono essere tutti i presupposti per raggiungere una situazione di ebollizione dell'acqua (che è un'altra cosa rispetto all'evaporazione).
Però hai completamente tralasciato il mio appunto che si tratta di liquido e non di acqua.
Potrebbe benissimo essere un simil mix di glicole e alcool dove l'alcool evapora a temperature basse mentre il glicole va in ebollizione ad elevate temperature ( ben al di sopra delle temperature raggiunte dagli hotspot dei chip).
Comunque il mio non era un contraddire la tua narrazione, quanto piuttosto farti notare che probabilmente di acqua non ce ne sia proprio e che comunque anche trattandosi di acqua una struttura non cilindrica dei canali impedirebbe comunque l'ebollizione dello stesso in condizioni operative formulate.
Che poi deve essere acqua distillatissima che con le dimensioni in gioco è un attimo tappare tutto
Giusta osservazione.
Vorrei però capire come si realizza nel concreto questa soluzione abbastanza complessa su un sistema consumer
mi ha detto mio cugginoh che stanno tenendo in serboh la killa-application-feature: saranno tubi 3D [U]con led e hdr[/U], per quello raffreddano così, il 3D è solo per distrarciiih!!!
mi aveva fatto promettere di non dirlo a nessuno ma so che di voi mi posso fidarehhh!
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si scherza, eh
ma coi tempi che corrono.... dopo la moda Xp, dopo quella 3D, ora c'è il led-hdr, sfruttiamola no?
come diceva demon77, ricordo anche io idee simili ancora attorno al 2005 e poi s'è visto nulla.... anzi, s'è vista la "pasta del capitano", his non saldati e altre amenità che è meglio dimenticare
ciao ciao
Edit
ah sì, ma forse ancora prima degli anni 2000: i pc immersi in liquido non conduttivo
ah sì, ma forse ancora prima degli anni 2000: i pc immersi in liquido non conduttivo
Beh no quello lo fanno eccome!
E' un prodotto apposito della 3M e ci immmergono direttamente i blade server
Ovvio, roba molto particolare e solo per usi professionali in grossi data center.
https://www.youtube.com/watch?v=U6LQeFmY-IU
Parole che fanno bagnare i nerd
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