Genom att kyla mikroprocessorer till temperaturer långt under 0°C siktar ett par amerikanska företag på att höja kretsarnas prestanda.

Kyld CMOS-teknik, med rötter i militära, rymd- och superdatorsystem, börjar nu få breddat intresse.


En Alpha-processor från Digital Equipment, som normalt fungerar vid 600 MHz, har nyligen fått sin kapacitet ökad till 800 MHz. Och en K6-processor från AMD kan prestera 300 MHz istället för normala 233 MHz. Detta tack vare att processorerna kyls ned till 40 minusgrader.

Såväl Digital som AMD har nämligen, i likhet med en rad andra elektroniktillverkare, fått prototypsystem för nedkylning av processorer gjorda av det amerikanska forskarföretaget Kryotech. Företaget, avknoppat från University of South Carolina för 18 månader sedan, har specialiserat sig på att kyla CMOS-baserad elektronik.

- Min egen persondator, som är försedd med två Pentium-processorer, är 33 procent snabbare än alla andras eftersom kretsarna är kylda till 40 minusgrader, berättar John Peeples, som är en av företagets grundare och som är övertygad om att aktiv kylning snart kommer att vara ett baskrav i de bästa datorerna och i andra elektroniksystem av hög prestanda.

Själva kylningen är föga sofistikerad. En liten värmeväxlare lik den som utnyttjas i ett oändligt antal konsumentprodukter, från kylskåp till luftkonditioneringssystem, ansvarar för kylningen. Företaget har dock utvecklat en särskild förseglingsteknik, för att skydda elektroniken från kondenserande luftfuktighet.

- Men det är tack vare att vi utnyttjar beprövad teknik och existerande kompressorer som vi kunnat göra kyltekniken ekonomiskt tilllämpbar, förklarar John Peeples.



Billigare sätt


Han går så långt som att hävda att nedkylning av processorer är ett billigare sätt att höja prestandan för processorer, än att ständigt utveckla nya kretsgenerationer.

- Men det är klart att man hela tiden måste väga kostnaden för kylningen mot vinsterna i form av prestandaökning. Men i vårt fall behöver själva kompressorn inte kosta mer än runt 40 dollar, säger han.

En av de utmaningar företaget nu står inför är att övertyga den så väletablerade kompressorindustrin att ta fram kompressorer som är platta istället för som idag runda.

- Om vi kunde få dem att inse att det behövs kompressorer som ser ut ungefär som diskaggregat istället för golfbollar är vi en bra bit på väg i miniatyriseringen, säger John Peeples, som än så länge får stå ut med att ha en kall, supersnabb dator som är cirka 20 centimeter högre än vanliga rumstempererade varianter.

Kryotech har hittills främst byggt prototypsystem. Snart är det dock dags för de första kommersiella produkterna.

- Vår kylteknik utnyttjas redan i en produkt, fast bara ner till rumstemperatur. Men under första kvartalet 1998 kommer produkter med kylning ned till 40 minusgrader att lanseras, gissar John Peeples optimistiskt.



Supraledning inom räckhåll


Att CMOS-baserad elektronik blir snabbare vid lägre temperaturer är känt sedan länge. Kyld CMOS har dock hittills utnyttjats uteslutande för militära, rymd- och superdatorsystem. Men nu börjar alltså tekniken så smått intressera även tillverkare av kommersiella elektroniksystem.

- Att bara kyla kretsarna till 40 minusgrader är det ingen större vinst med, menar dock Lyn Bowman på det amerikanska forskningsföretaget Sunpower, som också specialiserat sig på så kallad kryoteknik, lågtemperaturteknik.

Företaget håller på att utveckla en kylteknik, baserad på en annan typ av värmeväxlare, som man hoppas ska bli tillräckligt billig, liten och pålitlig för att kunna utnyttjas i kommersiella produkter. Företagets Stirlingkylare går i korthet ut på att en bestämd mängd gas komprimeras vid hög temperatur och får expandera vid låg temperatur. Gasen absorberar värme när den expanderar och avger den när den komprimeras.

Ett sådant kylsystem, som Sunpower alltså siktar på att bygga i kisel för placering direkt på kretsarna, har enligt företaget kapacitet att sänka kretstemperaturen till 60 K, alltså 213 minusgrader på Celsiusskalan.

- Och det är först när man kommer ner i sådana temperaturer som kylningen blir verkligt intressant, eftersom man då kan börja utnyttja supraledare. System baserade på Stirling-teknik kommer i längden att bli såväl mindre och billigare, tack vare betydligt högre energieffektivitet, menar Lyn Bowman.

Han räknar dock med att det kommer att dröja ungefär fem år och 6 miljoner dollar innan tekniken miniatyriserats och implementerats i kisel. Även Sunpowers teknik utnyttjas dock redan av ett par företag för elektroniktillämpningar, amerikanska Superconducting Technologies är ett av dem.

- Kylning av elektronik till under rumstemperatur är mycket specialiserat. Jag har åtminstone aldrig stött på något intresse för det i Sverige, kommenterar Björn Palm, forskare på institutionen för energiteknik på KTH i Stockholm.

Björn Palm driver, med stöd av Nutek, projekt inom kylning av elektronik, men bara ned till rumstemperatur. Han menar att så kallade termosifoner, som bygger på kokning och kondensation, kommer att få allt bredare användning, åtminstone vad gäller kylning till rumstemperatur. Med tekniken har man hittills lyckats bortföra närmare 200 W/cm2 från enskilda små simulerade komponenter.

Gittan Cedervall