AMD reicht Patent für Stapelspeicher-Kühler ein
Ein aktuelles AMD-Patent beschreibt einen Kühler für Stapelspeicher. Für diesem will man sich beim Peltier-Effekt bedienen und das entsprechende Peltier-Element zwischen den einzelnen Schichten unterbringen. Die Einreichung an sich beschreibt unter anderem Integration und Wärmeabfuhr.
AMD forscht an neuen Ansätzen für Technologien rund um Stapelspeicher. In einem aktuellen Patent wird eine Möglichkeit zur Kühlung dieser beschrieben. Mittels elektrothermischer Wandler, die auf dem Peltier-Effekt aufbauen, soll die Abwärme der Schaltungen in Zaum gehalten werden.
Eingereicht wurde das Patent bereits Ende 2018. Die Veröffentlichung erfolgte schon im April. Abgekürzt werden die Peltier-Kühler als TEC, was für thermo-electric cooler steht. Da die Kühlelemente aus p- und n-Halbleitern bestehen, können diese schlichtweg in bereits existierende Fertigungsmethoden integriert werden, wie techpowerup.com es beschreibt. Für die Steuerung braucht es derweil keine besonderen Methoden oder Aufwände.
Im Patent von AMD wird derweil beschrieben, wie die TECs zwischen den Speicher- und Logikschaltkreisen integriert werden können. Zudem behandelt die Einreichung ebenso, wie Wärme abgeführt wird. Im klassischen Peltier-Element sind die p- und n-Halbleiter zwischen zwei Keramikplatten untergebracht und via Metallbrücken verbunden, so gestaltet sich auch die Darstellung im Patent.
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Ganz unproblematisch ist ein solcher Kühlansatz allerdings nicht. Nicht nur brauchen die Kühler zusätzlichen Strom, auch erzeugen die Elemente ebenfalls Abwärme. Ob sich ein Einsatz im gestapelten Speicher letztlich als lohnenswert erweist und sich AMD bei der Technologie in Zukunft bedient, bleibt vorerst offen.
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Die Frage ist, wie hoch, oder dick soll der Stapel mal in Zukunft werden, damit der als solche Kühl-, oder Wärmefläche, im Sinne eines üblichen Kühler diesen ersetzen kann.
SRAM dagegen selbst verbraucht deutlich Energie unter anderem auch weil ständig der gesammte Speicher neu beschrieben werden muss.
Ähnliches gilt, wie beschrieben auch für Flash-NAND und die von diesem benötigte, aufwendige Ansteuerung und man kann das Beispiel auch auf DRAM und DRAM-Controller ausgleichen, beispielsweise einen HMC-Stack: Für alle drei weit verbreiteten Speichertypen hat die Ansteuerungslogik eine weit höhere Leistungsdichte wie die typischerweise assoziierte Logik.
SRAM dagegen selbst verbraucht deutlich Energie unter anderem auch weil ständig der gesammte Speicher neu beschrieben werden muss.
Mechanische Belastung ist dagegen kein Problem. Direkte Einwirkungen gibt es gar nicht und thermische Spannungen sind wegen der kleinen Temperaturunterschiede auch nicht wirklich zu erwarten. Die CPU-Logik ist da viel empfindlicher.
Die Frage ist, wie hoch, oder dick soll der Stapel mal in Zukunft werden, damit der als solche Kühl-, oder Wärmefläche, im Sinne eines üblichen Kühler diesen ersetzen kann.
Das wäre aber bestimmt zu weit in die jetzige Realität, oder Anwendungsmöglichkeit gedacht!
Wir müßen viel kleiner Denken in Verbindung einer äußerst feinfühligen Peltierregelung inklusive Umpolung.
Dem Bild nach, sitzt der gesamte Memory-Layerstapel über der Logic-Fläche.
Das würde den Platzbedarf zu den bisherigen Flächen eines Prozessor nicht unnötig ausweiten, sondern nur in der Höhe ausdehnen.
Die TR4-CPU ist ja schon flächenmäßig eine ganz schön große.
Angestrebet 128> CPU-Kerne könnten AMD dazu veranlassen, sich genau mit dem Thema Peltire-Kühlung zu befassen und die wohl schon befürchteten Probleme lösbar zu machen.
Die Arbeitsrichtung von Peltiers lässt sich zwar leicht umkehren, aber das ändert nichts am Grundproblem: Auf beiden Seiten des Elements sitzten laut AMD-Patent Wärmequellen, auf keiner Seite sitzt ein Kühlkörper. Da Siliziumchips sehr dünn sind, ist auch quasi keine Wärmekapazität vorhanden, in der man thermische Energie kurzfristig zwischenspeichern könnte. Man kann also nicht einen noch relativ kühlen Teil des Chips aufheizen, um einen bereits sehr warmen Luft zu verschaffen – ganz abgesehen davon, Silizium auch relativ gut Wärme leitet und deswegen erst gar keinen großen Temperaturunterschiede auf zwei Seiten einer dünnen Halbleiterschicht existieren.
Mechanische Belastung ist dagegen kein Problem. Direkte Einwirkungen gibt es gar nicht und thermische Spannungen sind wegen der kleinen Temperaturunterschiede auch nicht wirklich zu erwarten. Die CPU-Logik ist da viel empfindlicher.
Der Trick des Patents ist der "temperature inverted processor". Eine Recheneinheit, die laut AMD bei hohen Temperaturen (deutlich höher als für den benachbarten Speicher akzeptabel) besser als bei niedrigen läuft. Die zusätzliche Abwärme der Peltiers wäre dann sogar von Vorteil – das Patent beschreibt eigentlich keine Speicherkühlung, sondern eine Prozessorheizung und hält das für erstrebenswert.
Was ich im Patent nicht finde:
Einen Hinweis darauf, was "temperature inverted processors" sein sollen und wo man sie bekommt. Bei AMD jedenfalls nicht. Und mir wäre auch kein anderes Beispiel von diesem Planeten oder auch nur aus dem Gültigkeitsbereich unserer Naturgesetze (also dem gesamten Universum) bekannt. Typischerweise müssen Maschinen, die Stromverbrauchen um Logikaufgaben zu verrichten, gekühlt werden (irgendwo muss die vormals elektrische Energie ja hin) und nicht auch noch zusätzlich erwähnt. Aber vermutlich hält es das US-Patentamt nicht für nötig, dass eine Erfindung auf real existierende Techniken zurückgreift und AMD reicht es, künftig alle verklagen zu können, die zu anderen Zwecken Peltiers in Halbleiterstrukturen integrieren.
Würde heißen das z.B. brachliegender Speicher an der Warmseite, auf der Logic-Seite eine deutlich höhere Kühlung auf der anderen Seite des Peltier's bewirkt, oder eben umgekehrt.
Ich könnte es mir in dieser Organisierung so vorstellen.
Ob man das extra bewußt organisiert Ansteuern muß, oder man dies über Temperatursensoren, oder gar Spannungs, bzw. Stromsensoren beeinflußt regelt, geht leider nicht im Patent hervor!
In wie weit man die Peltierstruktur fast von mechanischer Beanspruchung fernhalten kann, wird wohl das entscheidende Kriterium für einen langlebigen Einsatz sein.
Allerdings bei granularer Regelung des Peltierelements könnte das trotzdem gelingen, wenn man, nach deiner Annahme, die gesamte Halbleiterstruktur in einem annähernd gleichbleibenden Temperaturbereich halten kann.
Heißt dann allerdings, das im gesamten Ruhezustand, oder minimalster Belastung immer ein gewisser Stromfluß zur Ansteuerung der Peltier's zur Verfügung gestellt werden muß, aber eben die in heutiger Zeit erheblichen Temperaturbeanspruchen, bzw. Entwicklungen zu einem sehr großen Anteil kompensiert werden können.
Im Server-, Workstationen ist das wohl am sinnvollste, da man hier den wenigsten Leerlauf vorfindet!
Also ein ähnliche Ansatz, aber mit gleicher Wirkung, wie die Warmwasserkühlungen.
Dann würden nur die PC-Start- und Abschaltphasen die hauptsächliche durch Temperaturunterschiede hervorgebrachte mechanische Belastung erzeugen, was wiederum ebenfalls durch langsames Aufheizen, bzw. Abkühlen deutlich kompensiert werden kann.
Ein Stromspeicher ob als Kondensator, oder Akku, könnte zumindest die Abkühlphase zeitverzögert Regulieren.
So mein Verständniß.
Die Möglichkeiten der Ansteuerung, inklusive einer eventuellen Stromerzeugung für Steuerzwecke, oder Selbstnutzung , geht ebenfalls nicht hervor.
Deshalb ist deine Annahme, für jegliche Anwendung in Halbleiterstrukturen ein Veto in der Hand von AMD zu haben, erstmal die Vordergründigste.
Nur glaub ich das erstmal nicht, denn es ist doch besser, die technischen Möglichkeiten selbst auszunutzen, anzubieten und in der einen wie der anderen Weise Geld zugenerieren.
Auf jeden Fall, läßt es reichlich Spielraum offen, damit zu arbeiten.