Tarek Gebrael , ingénieur à l'Université de l'Illinois, est l'auteur principal de l'article paru dans « Nature Electronics », un projet proposant une nouvelle méthode de refroidissement utilisant un revêtement à base de cuivre. Ce système, très économique et facile à mettre en œuvre, présente de nombreux avantages pour l'amélioration des performances des équipements, l'augmentation significative de la capacité de traitement et un encombrement minimal. Cette solution aux problèmes posés par les systèmes de refroidissement existants a été validée le 29 mai.
De concert avec d'autres experts, Gebrael confirme que leur initiative est actuellement en phase de recherche . Ceci leur permettra de garantir la fiabilité et la durabilité des revêtements, essentielles à leur acceptation par l'industrie . Ce projet est ainsi perçu comme une étape importante vers la production industrielle et commerciale pour diverses applications, notamment le refroidissement de l'électronique de puissance, le refroidissement des machines électriques et la gestion thermique des centres de données.
Voici comment fonctionne ce revêtement thermique en cuivre
L'idée de Tarek Gebrael et de son équipe est de créer un revêtement thermique en cuivre qui enveloppe toutes les surfaces génératrices de chaleur, à la manière d'une couche de peinture. Ce matériau, utilisé pour la dissipation de la chaleur grâce à sa conductivité thermique élevée, pourrait résoudre les problèmes rencontrés par les systèmes de refroidissement actuels.
Dans ce cas précis, le revêtement vise à envelopper complètement le dispositif, recouvrant ainsi toutes les surfaces exposées. Ceci élimine le besoin de recourir aux méthodes de dissipation thermique classiques qui utilisent uniquement des diffuseurs et des dissipateurs thermiques en surface, négligeant le fait que la majeure partie de la chaleur est générée sous le dispositif électronique.
« Cette technologie combine deux approches distinctes de gestion thermique : le refroidissement au niveau du dispositif à jonction étroite et la diffusion de chaleur au niveau de la plaque. »
– Nenad Miljkovic, professeur agrégé de sciences et d'ingénierie mécaniques à l'UIUC et conseiller de Gebrael.
L'un des principaux avantages de ce réglage simple est qu'il augmente la puissance par unité de volume jusqu'à 740 % , tout en étant extrêmement compact. Il garantit ainsi une amélioration radicale des performances, une caractéristique inédite pour les dissipateurs thermiques actuels.
De plus, le système est monobloc , l'appareil et le dissipateur thermique en cuivre étant intégrés. Ceci permet de s'affranchir d'un matériau d'interface thermique ou d'un dissipateur thermique séparé, deux éléments encombrants qui tendent à réduire la puissance de l'équipement en dégradant ses performances thermiques.
Un autre avantage réside dans le coût très avantageux du système : le cuivre est bien moins cher que le diamant, et l’utilisation d’un matériau supplémentaire, source de surcoût, est superflue. À l’inverse, les dissipateurs thermiques en diamant, généralement utilisés au niveau de la puce, sont onéreux.
Par ailleurs, la facilité de mise en œuvre de ce revêtement thermique en cuivre est un autre avantage souligné par Gebrael et son équipe. Le processus d'application étant réalisé au sein de l'industrie électronique , cette caractéristique contribue à la simplicité de cette solution innovante.
La phase de recherche a permis de recueillir des données intéressantes.
Ce projet, décrit comme un « système de refroidissement à haute efficacité grâce à l’intégration du cuivre dans les dispositifs électroniques » , est encore au stade de la recherche . À ce jour, le document rendu public indique que les revêtements peuvent être utilisés aussi bien dans l’air que dans l’eau.
Cette déclaration a un impact positif sur les applications de refroidissement par immersion . Celles-ci consistent à placer les composants électroniques directement dans un fluide non conducteur afin que la chaleur soit transférée des composants au fluide sans intermédiaires . Il s'agit d'un mécanisme clé pour augmenter la densité matérielle, améliorer l'utilisation du processeur et simplifier la maintenance.
Cette technique de revêtement élimine les importantes décharges de cuivre ou d'aluminium. Elle offre une solution beaucoup plus compacte pour dissiper la chaleur des processeurs et de la mémoire haute vitesse.
Pour l'instant, l'équipe de Nature Electronics teste la fiabilité du revêtement dans des environnements à haute tension, avec des fluides diélectriques en ébullition et avec de l'eau bouillante. Bien que les premiers travaux se soient concentrés sur des cartes de test simples , ils soulignent qu'ils appliqueront ces revêtements à grande échelle sur des modules d'alimentation et des GPU.
Par la suite, les chercheurs prévoient de tester la durabilité du revêtement , une étape cruciale pour son adoption par l'industrie. Du fait de son faible coût et de sa simplicité, cette technologie pourrait soulever de nombreuses questions par rapport aux solutions actuellement disponibles sur le marché. En son absence, la dissipation thermique devra continuer de reposer sur les méthodes de refroidissement classiques des processeurs et des cartes graphiques.
