Wer heutzutage einen Laptop mit einem leistungsstarken Prozessor hat, muss sich mit dem hässlichen Geräusch abfinden, das der Ventilator unter der Haube macht. Beim MacBook Pro etwa kann man gar den Eindruck bekommen, das Gerät hebe gleich ab, wenn die Prozessorkühlung richtig in Fahrt kommt. Die erfordert immer ausgeklügeltere Konstruktionen, je flacher Laptops werden. Kein Wunder, dass Ingenieure seit längerem auf der Suche nach Alternativen zum Ventilator sind.
Eine davon ist die so genannte Ionen-Kühlung: Dabei sollen Ionen die Luftmoleküle um den Prozessor herum in Bewegung bringen und so eine kühlende Brise entfachen. Wie das im Prinzip funktioniert, weiß man seit längerem. Die US-Firma Tessera hat nun, gemeinsam mit Forschern der Universität von Washington, ein System entwickelt, dass in einen handelsüblichen Laptop integriert werden kann. Der in Tests erzielte Effekt kann sich sehen lassen: Die Ionen-Kühlung führt 30 Prozent mehr Wärme ab als ein Ventilator. Und das bei der Hälfte des bisherigen Stromverbrauchs, wie Tessera erklärt.
Die Idee zur Ionen-Kühlung wurde 2006 erstmals von Alexander Mamishev, Professor für Elektrotechnik an der Universität von Washington, vorgestellt und ist eigentlich ganz einfach: Legt man zwischen zwei Elektroden eine sehr hohe Spannung an, werden Luftmoleküle ionisiert. Aufgrund ihrer Ladung bewegen sie sich nun in dem elektrischen Feld und stoßen dabei andere Luftmoleküle an. Daraus entsteht ein Luftzug, der kräftig genug ist, um Wärme von einer erhitzten Stelle abzutransportieren.
Tessera lizenzierte die Technologie dann im vergangenen Jahr und machte sie Laptop-tauglich. Dabei ist sie nicht nur effizient, sondern auch geräuschlos, „denn es gibt keine beweglichen Teile“, wie Mamishev erläutert. Der jetzt erreichte Stand der Technik sei ein „wichtiger Meilenstein“.
„Am Anfang ging es erst einmal um das Grundprinzip“, sagt Ken Honer, Forschungsleiter von Tessera. „Das haben wir inzwischen optimiert und an kleine Baugrößen angepasst.“ Laut Honer lasse sich das System auch in Spielkonsolen, Beamern und Servern einsetzen. „Was Tessera hier entwickelt hat, zeigt klar das Potenzial der Ionen-Kühlung“, lobt Suresh Garimella, Elektroingenieur an der Purdue University und Leiter des dortigen Forschungszentrums für Kühltechnologien.
Das neue Kühlsystem wird an einer Lüftungsöffnung im Innern des Laptops platziert. Dort kommen die Leitungen eines Kühlkreislaufs an, in dem die Hitze am Prozessor durch eine verdampfende Flüssigkeit abgeführt wird. Der Luftzug, den die Ionen-Kühlung entfacht, nimmt die Wärme des Dampfes auf, der sich daraufhin wieder für den nächsten Zyklus verflüssigt.
Ein Knackpunkt für die Anwendung im Laptop war dabei, einen kompakten und zugleich leistungsstarken Spannungswandler zu finden. Denn aus den 12 Volt Betriebsspannung müssen 3000 Volt werden, damit zwischen den Elektroden eine Ionisierung einsetzt. Die Tessera-Ingenieure griffen dafür auf die Stromversorgung einer Kaltkathodenlampe – die bekannteste Variante ist die „Neonröhre“ – zurück. Es gelang ihnen, daraus einen nur drei Quadratzentimeter großen Spannungswandler zu konstruieren.
Tessera ist nicht die einzige Firma, die an einer Ionen-Kühlung für Elektronikgeräte arbeitet. Suresh Garimella hat mit seinem Team an der Purdue University ein ähnliches System entwickelt, das das kalifornische Start-up Ventiva nun zur Marktreife bringen will.
In der nächsten Laptop-Generation werden beide Technologien aber noch nicht zu finden sein. Vorher müssen nämlich weitere Problem gelöst werden. Eins davon: die Haltbarkeit der Elektroden. Laptops sind für einen Betrieb über 30.000 Stunden ausgelegt. In den ersten Tests korrodierten die verwendeten Elektrodenmaterialien jedoch ziemlich schnell. Inzwischen habe man bessere Werkstoffe gefunden, sagt Tessera-Forschungschef Ken Honer. Weil das Patent noch nicht erteilt ist, will er aber keine Details nennen.
Eine andere Schwierigkeit ist der unvermeidliche Staub, der sich auch im Innern eines Laptops sammelt. Tessera arbeite daran, die Ionen-Kühlung „so staubunempfindlich wie einen Ventilator“ machen, verspricht Honer. Das könne man zum Beispiel mit einem vorgeschalteten Filter erreichen.
Laut Craig Mitchell, Vize-Präsident der Abteilung für Interconnects, Komponenten und Materialien bei Tessera, will das Unternehmen bereits „im nächsten Jahr weit genug für eine Kommerzialisierung“ des Systems sein. So weit wie Mitchell will sein Kollege Ken Honer nicht vorpreschen: „Die Technologie ist noch am Anfang der Entwicklungskurve.“
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