Nanostruktur kühlt Chips zehnmal besser und spart riesigen Strommengen

Man kennt den Einsatz von "Flüssigmetall" bereits aus einigen Werbeslogans für die Kühlung von Gaming-Notebooks und High-End-Prozessoren. Damit ist in der Regel allerdings nur der Einsatz einer besonderen Wärmeleitpaste gemeint, hier oder hier bei Amazon erhältlich.

Wie gut dieses flüssige Metall, eine Legierung namens Galinstan aus Gallium, Indium und Zinn, tatsächlich funktionieren kann, zeigt nun eine Nanostruktur, die an der University of Texas entwickelt wurde. Durch die Beimischung von Aluminiumnitrid konnten die entscheidenden Materialeigenschaften um mehr als den Faktor zehn verbessert werden. Gleichzeitig kann das Material direkt auf die zu kühlenden Halbleiterstrukturen aufgesetzt, um die Leistung zu optimieren.

Im Vergleich zum üblicherweise eingesetzten Kupfer wurde neben der Wärmeleitfähigkeit auch der Wärmedurchlasswiderstand erheblich verbessert. Das bedeutet, dass nicht nur eine größere Wärmemenge übertragen wird, sondern auch mit einer höheren Geschwindigkeit. Auf spontane Temperaturanstiege wird also besser reagiert.

In praktischen Tests konnte auf einer Fläche von 16 Quadratzentimetern, was einem typischen Prozessor für den heimischen PC entspricht, eine Wärmeleistung von 2.760 Watt abgeführt werden. Mit anderen Worten: Ein voll aufgedrehtes Kochfeld ließe sich damit kühl halten.

Laut Berechnungen der Forschenden sinkt durch das Material der Energieaufwand für die Kühlung in einem Rechenzentrum um durchschnittlich 13 Prozent, was 5 Prozent des gesamten Strombedarfs entspricht.

Klingt erst einmal wenig, aber die Strommenge ist trotzdem gigantisch. Derzeit liegen die Schätzungen für den weltweiten Energieeinsatz für Rechenzentren und Internetknoten bei ungefähr 500 Terawattstunden, was dem Strombedarf von ganz Deutschland entspricht. Außerdem sollen bis 2030 noch mindestens 1.000 Terawattstunden hinzukommen, die allein für den Betrieb künstlicher Intelligenz notwendig sind - weiteres Wachstum nicht ausgeschlossen.

Und die allein durch eine optimierte Kühlung gesparten 75 Terawattstunden könnten bereits ganz Österreich am Laufen halten.