TS CHIP, der Hochleistungs-Chipkühler auf der Intel i7-8700K CPU

Die thermische Herausforderung

Der thermische Hitzetod geht um und bedroht Elektronikkomponenten im ganzen Land.
Alle Bürger stöhnen unter dem Joch der Leistungsminderung, der frühen Alterung und des unerwarteten Ausfalls ihrer elektronischen Geräte und intelligenten Helferchen.
Drei Königreiche haben sich nun zusammengeschlossen um dem thermischen Hitzetod die Stirn zu bieten. Sie suchen thermische Helden, die den thermischen Hitzetod bekämpfen und Lösungen finden für die unterschiedlichen Wünsche aus den drei Reichen:

Im Königreich „Mobilität“ fragten die Bürger: „Welche Lösungen gibt es für die Kühlung der Leistungselektronik in unseren Fahrzeugen? Wir brauchen kompakte, effiziente und kostengünstige Lösungen!“

Gamer im Königreich „Gamer-PC“ forderten: „Wir wollen maximale Rechenleistung, ohne thermische Drosselung und ohne Lüfterlärm und das bei langer Lebensdauer!“

Auch im Königreich „Rechenzentrum“ litten die Bürger Not: „Wie können wir die Abwärme unserer Rechenanlagen und Servern nutzen? Wir benötigen maximale Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit unserer EDV-Anlagen, wollen Energie sparen und Betriebskosten senken!“

 

Die Thermischen Helden

TheSys hat sofort seine Helden zusammengerufen und einen Plan entwickelt. Vier ausgewählte Helden sollten die Herausforderung annehmen und den thermischen Hitzetod besiegen.

Held Nr. 1: „TS CHIP“, der Hochleistungs-Chipkühler

Der zentrale Held ist „TS CHIP“, der 3d-gedruckte Hochleistungs-Chipkühler. Seine Stärken liegen in seiner extrem hohen Kühlleistung und Effizienz. Er ist zudem äußerst kompakt und sehr flexibel für unterschiedliche Computer-Chips einsetzbar.

Geometrieoptimierung mittels CFD

CAD-Konstruktion mit Befestigung

Seine Schöpfer legten während seiner Ausbildung großen Wert auf

  • die CAD-Konstruktion einer effizienten wärmeübertrag-enden Struktur in einem kompakten Gehäuse.
  • Das Design wurde ausgelegt und optimiert unter Verwendung der dreidimensionalen Strömungssimulation (CFD).
  • Dabei wurden alle Design-Freiheiten der additiven Fertigung im metallischen 3d-Druck genutzt.
  • Ein großes Augenmerk lag auf der konstruktiven Integration der thermischen Kontaktierung mit nachfolgender Schnittstellen-Optimierung.
  • TS Chip erhielt ein flexibles Befestigungskonzept zur modularen Adaption an verschiedene Chiptypen
    und Long-life-Anschlüsse an den Kühlkreislauf.

Hochleistungs-Chipkühler aus additiver Fertigung

D-Powdering+, Reiniger zur Entpulverung 

Seinen Feinschliff erhielt er durch die

  • Herstellung im 3d-Druck im optimierten SLM-Prozess
  • und eine spezifische Anpassung der Druckprozess-führung in Zusammenarbeit mit EOS.

Die sehr filigrane und leistungsfähige wärmeübertragende Innenstruktur war fertigungstechnisch nur realisierbar durch ein Postprocessing mit Entpulverung des Fluidraumes unter Einsatz des TheSys-Reinigers D-Powdering+.

  • D-Powdering+ wurde im TheSys-Labor speziell für die Entpulverung von komplexen Innengeometrien entwickelt und für alle fertigungstechnisch relevanten Metalle und Kunststoffe getestet.

 

Held Nr. 2: „TS CONTACT“, die thermische Kontaktierung

TS CONTACT ist die thermische Kontaktierung und damit die engste Vertraute von TS CHIP. Sie ist sehr effizient, prozesssicher applizierbar und langlebig.
Ihre Fähigkeiten basieren auf dem Überblick und dem Know-How von TheSys über marktverfügbare thermische Kontaktierungen (thermal interface materials – TIM). TS CONTACT wird individuell für die zu kontaktierenden Materialoberflächen ausgewählt (Material und Oberflächenbeschaffenheit) und im TheSys-Labor appliziert.

Ihre Amme hatte ihr folgende Fähigkeiten in die Wiege gelegt:

  • Die Kontaktierung unter Einsatz eines TIM stellt sicher, dass die Wärme vom Chip möglichst verlustfrei an den Chipkühler abgeleitet wird.
  • Es wurde ein passendes TIM ausgewählt, die Kontaktflächen wurden vorbehandelt und das TIM von Meisterhand aufgebracht.
  • Anschließend erfolgte die Montage des Chipkühlers.

Thermisches Kontaktmaterial (TIM) und Chipkühler
(für Qualitätssicherung aufgeschnitten)

 

Das Helden-Zwillingspaar: „TS COOLSYS“, das High-Performance-Flüssigkeits-Kühlsystem mit seiner Schwester „TS EDV-COOL“, dem Long-Life-Kühlmittel

Die Helden werden begleitet von TS COOLSYS, dem High-Performance-Kühlsystem. Zusammen mit seiner Schwester TS EDV-COOL, dem Long-Life-Kühlmittel, werden sie „Die Vollstrecker“ genannt. Gemeinsam sind sie kompromisslos effizient, sehr kompakt und geräuscharm.

TS COOLSYS, Kühler-Lüfter-Modul

TS-EDV-COOL, das Long-Life-Kühlmittel

 

TS EDV-COOL wurde auf Teamfähigkeit hin ausgebildet und im TheSys-Labor auf Herz und Nieren geprüft. Sie verträgt sich mit den verschiedensten Materialoberflächen und ist langlebig und robust. Ihre besonderen Eigenschaften sind die

  • Vermeidung von Korrosion und Alterung von Oberflächen und Dichtungsmaterialien sowie die
  • nachgewiesene Praxistauglichkeit durch langjährigen Kundeneinsatz.

 

Die Heldenprüfung

Nach 3 Wochen der Vorbereitung und Suche standen unsere Helden dann plötzlich ihrem Gegner Auge in Auge gegenüber. Ihr Gegner, ein Gamer-PC mit einer übertaktbaren CPU (Chip Intel i7-9700k, 6 Kerne, 12 Threads, Nominal-Frequenz: 4.3GHz, TDP: 95W) war mit einem luftgekühlten Chipkühler bewaffnet und schien unbesiegbar. Hiermit hielt er sich auch seit seiner Geburt den thermischen Hitzetod vom Leib.

Wie kann es unseren Helden nun gelingen den thermischen Hitzetod zu besiegen und gleichzeitig die Rechenleistung zu steigern?

In einem Überraschungsangriff wurde der luftgekühlte Chipkühler mit einem einzigen Hieb vom Chip getrennt. TS CONTACT stürzte sich auf den überraschten Chip und neutralisierte seine Oberfläche. TS CHIP eilte ihr zu Hilfe und verschmolz mit dem wehrlosen Chip, so dass dieser in der Verankerung auf dem Motherboard arretiert und fixiert werden konnte. Aus dem Hintergrund sprang TS COOLSYS hinzu. Mit einer schnellen Handbewegung wurden Kühlmodul und Pumpe installiert und durch Schläuche verbunden. Mit einer eleganten letzten Bewegung floss TS EDV-COOL in den Kreislauf und passivierte die Systemoberflächen. Der Gegner war besiegt.

Geschafft!
Endlich konnten die Helden aufatmen und den Schatz begutachten, den Sie durch langjährige Erfahrung, durch Team-Work und durch ihren Mut erworben hatten.

CPU mit Luftkühlung

Gemessene Chiptemperatur: 75°C

TheSys Hochleistungs-Kühlung

CAD-Konstruktion mit Befestigung

Der Schatz

  • Absenkung der Chiptemperatur um mind. 17K.
  • Maximaler Wärmeübergang und Kühlleistung.
  • Minimale Abmessungen und Gewicht des Chipkühlers (ca. 2x3x3cm³, 17g).
  • Modulare Anpassbarkeit an Ihre Leistungselektronik und Ihren spezifischen Chip.
  • Validiertes Kühlsystem unter Einsatz von TheSys-Produkten aus Entwicklung und Labor.

 

Die Rückkehr

Frohgemut kehrten die Helden in ihre Heimat zurück und verteilten den Schatz in den drei Königreichen. Es herrschte großer Jubel unter der Bevölkerung.

Im Königreich „Mobilität“ wurde sogleich ein Flüssigkeitskühlsystem in der Mittelkonsole eines Elektro-Fahrzeuges eingebaut. Der IGBT, ein Leistungsregler für die Fahrmotoren, konnte nun die geforderte Antriebsleistung bereitstellen, ohne störendes Lüftergeräusch für die Passagiere.

Das Königreich „Gamer-PC“ versammelte sogleich seine besten Gamer und veranstaltete eine virtuelle Olympiade auf Hochleistungs-PC mit Flüssigkeitskühlung. Zahlreiche Weltrekorde wurden gebrochen und kein einziger Spieler musste wegen thermischem Hitzetod aufgeben.

Ganz besonders glücklich waren die Einwohner des Königreiches „Rechenzentrum“. Nachdem Sie alle Server in einem Rechenzentrum mit einem Flüssigkeitskühlsystem ausgerüstet und an die Gebäudetechnik angekoppelt hatten erkannten sie, dass sie die Verfügbarkeit der EDV deutlich gesteigert hatten. Gleichzeitig konnten sie die Klimageräte zur Raumkühlung entfernen und die Abwärme der Server zur Beheizung des Gebäudes nutzen. Sogar ein naheliegendes Hallenbad konnte mit überschüssiger Wärme versorgt werden.

Ist auch ihr Königreich vom thermischen Hitzetod bedroht?
Dann nehmen Sie Kontakt mit uns auf, unsere thermischen Helden helfen Ihnen gerne.