El helio líquido tiene un punto de ebullición de alrededor de -269 ° C y es utilizado por los overclockers . Ha llevado a varios récords mundiales (por ejemplo, ver here y aquí ). ¿Qué tecnología de enfriamiento puede vencer al helio líquido con el propósito de enfriar una CPU overclockeada?
(Sé que refrigeradores de dilución se usan habitualmente para circuitos cuánticos, pero no sé si se pueden usar para Circuitos más grandes como CPUs.)
Versión corta
Hay varios métodos de enfriamiento por debajo de -269 ° C, pero no serán muy útiles para el overclocking de una CPU comercial, porque la temperatura del refrigerante no lo es todo.
Opciones de enfriamiento
En lugar de usar grados centígrados, las personas usan Kelvin cuando hablan de temperaturas muy bajas. Esto se debe a que existe una temperatura mínima posible que puede existir, llamada cero absoluto. Así que tiene sentido decir qué tan cerca estás de eso. Kelvin solo significa "grados centígrados por encima del cero absoluto".
Helio líquido a presión atmosférica : 4.2K o -296 ° C, mucha potencia.
Helio líquido a casi vacío : 0.7K, mucha potencia, pero mucho más caro
Helio-3 líquido a casi vacío : 0.3K, probablemente un vatio a lo sumo, ridículamente caro para comprar el isótopo de helio.
Desmagnetización adiabática de una sal: sobre 0.1K, unos pocos milivatios, no es demasiado caro, pero solo funciona durante algunas horas y luego debe restablecerse.
Refrigeradores de dilución: sobre 0.01K, menos de un milivatio, difícil y costoso
Desmagnetización nuclear : algunos nanokelvin, pero solo uno o dos microwatt de potencia.
Por lo tanto, es probable que se dé cuenta de inmediato, la mayoría de estas opciones no brindan suficiente energía de enfriamiento para que sea útil para el overclocking.
La temperatura no lo es todo
Al hacer overclocking, el objetivo no es conseguir que el núcleo sea lo más frío posible. De hecho, la mayoría de los dispositivos de silicona renuncian a unos -50 ° C / 220K. En cambio, el objetivo es mantener frías las uniones de silicona. Para hacer eso, tienes que conseguir que el calor fluya hacia afuera a través del chip, y en el refrigerante circundante, luego llévalo. El calor fluirá más rápido si hay un gradiente térmico más grande a través del chip, por lo que ayuda a que el exterior del chip sea realmente frío. Pero el flujo de calor depende en gran medida de la diferencia de temperatura. Así que pasar de 300K-4K = 296K a 300K-0.1K = 299.9K no es realmente tan beneficioso, solo alrededor del 1%.
En cambio, lo importante es asegurarse de que haya suficiente energía de enfriamiento y que el refrigerante se lleve el calor que sale del chip. En realidad, no importa cuál de los métodos de enfriamiento que elija, probablemente no obtendrá la superficie del chip a las temperaturas descritas anteriormente. Por lo tanto, vale la pena intercambiar un poco de la mejor temperatura teórica para obtener una mejor manera de transferir el calor.
El helio es bueno porque aunque no se necesita mucho calor para evaporarlo, el gas resultante es muy frío y tiene mucha capacidad de calor. Ese gas frío fluirá sobre el chip cuando hierva y se llevará mucho calor. Las otras opciones realmente no producen ese gas encantador, por lo que no será una mejora.
El nitrógeno debería ser mejor de lo que es, pero tiene algo que se llama el efecto leidenfrost. El gas nitrógeno que se evapora expulsa el líquido de nitrógeno de lo que está tratando de enfriar. Así que no obtienes tanto enfriamiento como lo esperas. No estoy 100% seguro, pero creo que la mayoría de los otros líquidos de punto de ebullición bajo son los mismos.
Así que el helio será difícil de vencer. Sin embargo, un mejor diseño del intercambiador de calor podría valer un poco de esfuerzo.
El helio líquido es un refrigerante muy pobre a menos que realmente quieras ir al cero absoluto. Es calor de vaporización es muy bajo en comparación con LN2. Al leer la tabla de gases, es posible que el Xenon líquido sea mejor, aunque es mucho más caro.
El calor de vaporización es importante porque significa que necesita circular menos líquido antes de que comience a hervir. La diferencia en el caudal entre He y Xe es de aproximadamente 100x