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Studie: Graphen für Wärmerohre in Rechenzentren

05.12.2020 | 09:54 Uhr | Peter Müller

Wohin mit der überschüssigen Energie on Rechnern, speziell von Servern? Eine Kohlenstoffmodifikation gibt Antworten.

Mag sein, dass Apples Silicon recht effizient ist und das Macbook Air daher auf einen Lüfter verzichten kann, Abwärme produzieren auch die M1-Chips. Vor allem aber benötigen Hochleistungsserver viel Energie in Form elektrischen Stroms, die zu großen Teilen in den Halbleitern zu reichlich ungeordneter Energie wird, also Wärme. Kühlen speziell von Rechenzentren stellt die Anbieter vor Herausforderungen, Anlagen nördlich des Polarkreises sind daher sehr beliebt – man lässt einfach das Fenster offen stehen, bildlich gesprochen. Microsoft versucht es seinerseits mit Unterwasseranlagen, in denen die Wärme sehr schnell abfließen kann und das Element sich eben durch eine hohe Wärmekapazität auszeichnet. Andere Rechenzentren nutzen die Abwärme aus den Serverschränken als Heizung.

Das Grundproblem bleibt aber bestehen: Wie bekommt man die Wärme aus den Chips in die Umgebung? Bisher kommen vor allem Wärmerohre aus Kupfer zum Einsatz, ein hervorragender Wärmeleiter, wie jeder weiß, der schon mal mit einer Kupferpfanne brutzelte. Forschende der Technischen Hochschule Chalmers im schwedischen Göteborg haben nun ein Material auf seine Eignung untersucht und dabei herausgefunden, dass Wärmerohre aus Graphen Wärme mit einer um den Faktor 3,5 erhöhten Leitfähigkeit abtransportieren können. Wärmerohre seien für den Zweck der Wärmeabfuhr aus Prozessoren wegen ihrer hohen Effizienz bestens geeignet, erklärt laut Phys.org Professor Johan Liu aus dem Departement für Mikrotechnologie und Nanowissenschaften in Chalmers. An dem Projekt, dessen Ergebnisse im Journal Nano Selct veröffentlicht wurden, waren auch Forschende aus China und Italien beteiligt.

Nicht nur für Rechenzentren wäre Graphen wegen seiner hohen Effizienz ein begehrter Problemlöser, das leichtgewichtige Material ist darüber hinaus attraktiv im Flugzeug- und Automobilbau. Graphen ist praktisch zweidimensionaler Kohlenstoff, in einer Ebene sind die Atome des Elements hexagonal angeordnet – Graphen unterscheidet sich deutlich vom Kohlenstoff in seiner herkömmlichen Form (Graphit) und erst recht von Diamanten, in denen sich die Atome unter hohem Druck und enormen Temperaturen in einer Kristallstruktur anordnen. Die neue Kohlenstoffvariante, die auch Hoffnungen ausgelöst hat, bald zu effizienteren, leichteren und vor allem schneller ladbaren Batterien für Elektronik und Fahrzeuge zu kommen, ist in einer speziellen Form schon seit über 30 Jahren bekannt, als sogenannte Nanoröhre, zu der die Graphen-Ebenen gewissermaßen aufgerollt sind. Eine damit eng verwandte Erscheinungsform ist das Buckminster-Fulleren, das so gebaut ist wie in früheren Zeiten Fußbälle: Fünfecken und Sechsecken wechseln sich hier auf der Kugeloberfläche ab.

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