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Egal ob Flüssigkeit oder Luft: zur Kühlung von Hardware sind verschiedene Methoden anwendbar. Wie das Kühlmedium an die Hardware geführt wird, ist dabei höchst unterschiedlich. Selbst das Eintauchen in ein Öl oder eine Zweiphasen-Flüssigkeit ist machbar.
Roman Hartung alias der der8auer hat sich nun von der Kühlung des Cray X1 Supercomputer inspirieren lassen, denn hier kam bereits 2003 eine Sprühkühlung (Spray Cooling) zum Einsatz, bei der eine Flüssigkeit durch den Heatspreader hindurch direkt auf die Chipfläche der darunterliegenden Chips versprüht wurde. Die verdampfte Flüssigkeit wurde in Gasform wieder zurückgeführt, um sie zur weiteren Verwendung wieder kondensieren zu lassen. Als Kühlmedium wurde Fluorinert FC-72 von 3M verwendet - ein perfluoriertes, elektrisch isolierender Fluorkohlenstoff mit einem Siedepunkt von 56 °C.
In einem ersten Test sollte geklärt werden, ob eine Sprühkühlung auch heutzutage noch einsetzbar ist. Dazu wurden mit Hilfe einer Düse und Druckluft das für Tauchkühlungen eingesetzte Novec 7000 zerstäubt und auf dem Heatspreader eines Ryzen 7 9800X3D verteilt. Die verdampfende Flüssigkeit entzieht dem Heatspreader dann die Wärme. Die Wahl auf Novec 7000 viel aufgrund der Tatsache, dass es elektrisch nicht leitend ist einen Siedepunkt von nur 34 °C hat. Die Verdampfungswärme beträgt 142 kJ/kg.
In den Tests war der Idle-Betrieb des Systems mittels Sprühkühlung problemlos möglich – wenngleich auch schon mit 60 bis 70 °C je nach Temperatursensor des Ryzen 7 9800X3D. Im Multi-Threaded-Test des Cinebench R23 läuft der Prozessor dann in die thermische Drosselung. Direkt auf den Chiplets gesprüht wäre die Kühlung sicherlich noch einmal etwas effektiver. Theoretisch wäre eine solche Kühlung als geschlossener Kreislauf also umsetzbar.
Im Falle des Einsatzes von Novec 7000 und ähnlichen Zweiphasen-Flüssigkeiten gibt es allerdings andere Bedenken. Novec 7000 ist ein 1-Methoxyheptafluorpropan (C₃F₇OCH₃) basierend auf Hydrofluorether (HFE). Allerdings entstehen (bei der Herstellung) dabei auch die kritisch zu bewertenden PFAS (Per- und Polyfluoralkylsubstanzen). 3M kündigte im Dezember 2022 an, bis Ende 2025 die Produktion aller PFAS-basierten Produkte einzustellen.
Besonders auf diesen Punkt ging der8auer in den Kommentaren zu seinem Video ein:
Grundsätzlich zählt jeder organische fluorierte Stoff zu PFAS. Gerade die Herstellung dieser Stoffe ist ein großes Problem weshalb es auch in der Öffentlichkeit mittlerweile viel diskutiert wird. Das geht von der PTFE Pfannenbeschichtung bis zum Löschmittel. Vieles hat man mittlerweile reguliert und umgestellt, oder macht das gerade. Einige Stoffe lassen sich ersetzen und andere nicht. Hinsichtlich der Gefahren muss auch zwischen Herstellung und Anwendung unterschieden werden. Die Herstellung ist in der Regel das viel größere Problem und der eigentliche Grund für die Regulierung. Nicht aber die Verwendung des finalen Produkts.
Da gibt es große Unterschiede in wie fern das finale Produkt für den menschlichen Körper oder die Umwelt schädlich ist. Novec 7000 aus meinem Video ist ein kurzkettiger Hydrofluorether. Diese sind gegenüber den langkettigen nicht bioakkumulierend. Reichern sich also (nach aktuellem Wissen) nicht im menschlichen Körper an und werden laut Studien schnell ausgeschieden.
Im Video sprach ich davon, dass die PFAS mittlerweile stark reguliert und eingeschränkt werden. Das kommt eben hauptsächlich durch die Schäden, die PFAS während der Herstellung verursachen und damit die Umwelt stark belasten. Zu Novec 7000 was ich verwendet habe:
Schon vor Jahren habe ich mit Novec 7000 und Novec 7100 für diverse Projekte gearbeitet. Es gibt diverse Untersuchungen davon und nirgends konnte eine akute Toxizität oder Karzinogenität nachgewiesen werden von dem was ich finden konnte. Das war für mich schon damals ein großes Thema bevor ich bei Caseking angefangen hatte mit diesen Stoffen zu arbeiten.
Dennoch handelt es sich bei der Sprühkühlung um ein interessantes Konzept, welches sich bis auf den einmaligen Einsatz aber aus verschiedenen Gründen nicht durchgesetzt hat.
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