O ar quente sobe, mas não facilmente dentro dos computadores, pois a origem de grande parte do calor -os chips de silício que comandam o show-está enterrado nas entranhas da máquina.
Estes chips estão ficando cada vez mais quentes à medida que cresce o número de transistores dentro deles, obrigados a ligar e desligar cada vez mais rapidamente. E o quanto eles ficam quentes? Coloque sua mão perto de uma lâmpada de 100 watts e então imagine tal calor, ou até mais, sendo gerado por algo do tamanho de um selo postal pequeno. Isto é o que gera atualmente um microprocessador de alta performance comum, e a próxima geração deve gerar entre 150 e 200 watts.
Todo este calor concentrado em um espaço pequeno e fechado precisa ser dissipado para que o computador funcione, pois quanto mais quente fica o processador, menor se torna sua performance e confiabilidade.
Temperaturas superiores a cerca de 90 graus Celsius atrapalham significativamente a performance e a confiabilidade. Para lidar com o problema, pesquisadores de todo o país estão trabalhando em técnicas inovadoras, desde ventoinhas silenciosas até microcanais entalhados nos próprios chips de silício.
Um destes grupos se encontra na Universidade Purdue, em West Lafayette, Indiana, e é chefiado por Suresh V. Garimella, professor associado de engenharia mecânica.
"O problema do resfriamento é imenso em vários níveis: do chip, da cerâmica ou plástico onde os chips estão acondicionados, da placa de circuito impresso -que juntos o multiplicam", diz Garimella. "Mas o pior problema está no nível do chip, devido ao difícil acesso".
Entre as possíveis soluções está uma minúscula ventoinha que seus inventores dizem fornecer circulação de ar com consumo mínimo de energia e quase nenhum ruído. Ela foi desenvolvida por Garimella com ajuda de colegas como Arvind Raman, outro engenheiro mecânico.
A ventoinha têm pás minúsculas e flexíveis, que possuem menos de dois centímetros de comprimento e cerca de 2,5 milímetros de largura, feitas de um material especial, uma cerâmica piezelétrica que deforma, flexionando as pás quando uma corrente é aplicada nelas.
A corrente então é aplicada na direção alternada, fazendo com que as pás se flexionem na outra direção. Destas forma as pás viram para um lado e para outro, movimentando o ar com pouco consumo de energia e pouco ruído.
Este sistema não visa substituir as ventoinhas rotatórias convencionais, mas visa principalmente espaços apertados em laptops. "Um laptop é tão ruim quanto Manhattan", diz Raman. "Realmente congestionado". Ele diz que há muitas fontes de calor além do processador central, como os drives de DVD ou CD. Por todo o computador há outros componentes que também impedem a circulação de ar para o resfriamento.
Versões anteriores das ventoinhas piezelétricas, adaptadas pelo grupo de Garimella, vinham sendo desenvolvidas desde os anos 1970, mas o boom de desenvolvimento de aparelhos eletrônicos portáteis nos últimos anos tornou seu uso mais atrativo.
Garimella está liderando outro projeto de pesquisa que adota uma abordagem diferente ao problema do calor. Ele e colegas como Steven Werely estão gravando microcanais nos chips de silício para conduzirem o calor para outros pontos.
Em muitos dos atuais sistemas de resfriamento, a unidade central de processamento utiliza aletas dissipadoras e uma ventoinha para retirar o calor enquanto a unidade realiza milhões de operações por segundo, aumentando a temperatura.
Os microcanais, por outro lado, levam o processo de resfriamento até o chip. "Um lado do chip tipicamente tem os portões, e o outro os canais", explica Werely.
A espessura dos canais variam de grande (o tamanho de um cabelo humano) a pequena (o tamanho de uma célula branca do sangue). O grupo de pesquisa está examinando formas de forçar a passagem de líquido resfriador pelos canais, incluindo uma bomba acústica, na qual uma fina membrana vibratória é utilizada para criar o fluxo. "Extrair o calor destas coisas é difícil", afirma Wereley, que apresentará parte de sua pesquisa em uma conferência em Purdue.
Outras abordagens também serão discutidas, incluindo uma versão em miniatura de ciclos de compressão de vapor utilizados para resfriar refrigeradores, e versões avançadas de tubos térmicos amplamente utilizados em laptops.
Yogendra Joshi, professor de engenharia mecânica do Instituto de Tecnologia da Geórgia, em Atlanta, é um especialista em gerenciamento térmico de dispositivos eletrônicos, e está participando de um projeto financiado por subsídios da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada da Defesa para examinar os problemas de resfriamento.
"No momento, o calor nos computadores ainda é relativamente fácil de ser removido", diz ele. "Mas na próxima geração, quando teremos chips gerando 200 Watts, isto passará a ser um enorme obstáculo", diz ele.
Segundo Joshi, para que a tecnologia da computação de alta performance possa avançar, "toda uma comunidade de engenheiros elétricos e mecânicos terá que aprender a contornar este bloqueio de estrada".
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