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Forscher der Universitäten Texas, Sichuan und Huazhong haben einen neuen Ansatz zur verbesserten Wärmeableitung von CPUs und GPUs entwickelt und diesen in der Fachzeitschrift Nature Nanotechnology vorgestellt. Mit einer speziellen Paste, bestehend aus dem Flüssigmetall Galinstan und Aluminiumnitrid-Kolloiden, die über ein mechanochemisches Verfahren bearbeitet wurde, erreicht dieses Thermal Interface Material (TIM) eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als bisherige Lösungen auf dem Markt.
Das mechanochemische Verfahren setzt auf die Durchdringung der Kolloid-Partikel durch Galinstan-Atome, wodurch das Material nicht nur eine höhere Wärmeleitfähigkeit erreicht, sondern auch eine verbesserte Thixotropie-Eigenschaft erhält. Dies bedeutet, dass das TIM sich unter Druck an Unebenheiten der zu kühlenden Oberfläche besser anpassen kann, um so den Wärmeübergang zu optimieren.
Im Vergleich zu aktuellen Spitzenmodellen wie Flüssigmetall-Pasten renommierter Hersteller soll das neue Material den thermischen Widerstand um bis zu 72 % reduzieren können – abhängig von der Größe der Kolloid-Partikel.
Ein wichtiger Anwendungsbereich des neu entwickelten Materials sind Rechenzentren, in denen fortschrittliche GPUs, insbesondere KI-Beschleuniger, enorme Mengen an Abwärme generieren. In Verbindung mit Mikrokanal-Wärmetauschern soll die neue TIM-Technologie eine Senkung des Energieaufwands für Kühlungssysteme um bis zu 65 % ermöglichen. Dies resultiert aus einem niedrigeren Volumenstrom des Kühlmediums, wodurch die Pumpenleistung und damit der Energiebedarf deutlich sinken kann.
Das Team arbeitet bereits daran, die Entwicklung für eine breite Markteinführung vorzubereiten, zunächst mit einem Fokus auf professionelle Anwendungen im Bereich der Hochleistungsrechenzentren, wo eine effiziente Kühlung zu hohen Betriebskosteneinsparungen führen kann.