Radical AirJet-Kühlchips können die Leistung eines Laptops verdoppeln

Fans halten Chips kühl. Die meisten Verbraucher wissen das, egal ob sie ihren Laptop geöffnet haben oder das heulende Zischen eines Lüfters gehört haben. Doch ein mit Intel verbundenes Startup nutzt Chips, um Mikroprozessoren kühl zu halten, was die Leistung massiv steigert und das Laptop-Design für immer verändert.

Frore Systems stellt zwei Chips her, den AirJet Mini und den AirJet Pro, die anstelle eines Heatpipes oder Lüfters am Prozessor eines Laptops befestigt werden. Beide Chips kühlen die CPU des Laptops aktiv, aber nahezu geräuschlos, indem sie mehr Luftdruck, aber weniger akustische Geräusche liefern als ein herkömmlicher Lüfter, so die Unternehmensleitung. Aber es ist der Gesamtleistungsvorteil – bis zum Doppelten! – das wird Ihnen wichtig sein.

Dies ist das Argument hinter dem AirJet: „Sehr oft ist es die Fähigkeit der thermischen Lösung, die darüber entscheidet, wie gut die Leistung eines Geräts ist“, sagte Dr. Seshu Madhavapeddy, Geschäftsführer von Frore.

Nahezu alle Prozessoren verfügen über Wärmesensoren, die den Chip „drosseln“, um eine Überhitzung zu vermeiden. Gleichzeitig sind Prozessoren darauf ausgelegt, zu überhitzen; Indem der Chip in einen übertakteten „Turbo“-Modus versetzt wird, überwinden sowohl Desktop- als auch Laptop-Chips diese thermischen Einschränkungen und bieten für einen kurzen Zeitraum eine höhere Leistung. Nach Ablauf dieses Zeitraums (manchmal auch als „Tau“ bezeichnet) fällt der Prozessor jedoch wieder auf die von uns allgemein als Nenngeschwindigkeit bezeichnete Geschwindigkeit (PL1) zurück.

Frore und der AirJet Mini und Airjet Pro sollen diese „Tau“-Periode verlängern. Im Fall eines Arm-basierten PC-Notebooks geht Frore davon aus, dass das Tau unbegrenzt verlängert werden kann. Durch die Kombination des Prozessors mit vier AirJet Minis läuft ein 1,8-GHz-Arm-Chip „für immer“ mit seiner erhöhten Geschwindigkeit von 3,5 GHz, sagte Madhavapeddy. AirJet Pros, die für X86-Laptops entwickelt wurden, haben einen ähnlichen Effekt: Ein Chip, der auf 4,8 GHz ansteigen könnte, könnte stattdessen auf einen neuen PL1 von 2,1 GHz herunterfallen, statt auf die normalen 1,4 GHz, die man mit einem Paar herkömmlicher Lüfter erreichen würde.

Frore-Systeme

Die AirJet-Chips von Frore nutzen eine Kombination aus Fluid-, Akustik- und elektrischen Resonanzprinzipien, um kühle Luft von der Oberseite des Chips anzusaugen und sie an den Seiten herauszudrücken, wobei sie ungefähr die gleiche Temperatur hat wie die Wärme, die von der Oberfläche des Laptop-Prozessors selbst kommt. Es liegt dann am Laptop-Hersteller, diese Wärme nach außen abzuführen.

Im Grunde ist alles ganz einfach: Durch den längeren Betrieb eines Prozessors im Turbomodus kann die Leistung des Laptops dramatisch gesteigert werden. Oder wie Frore es selbst ausdrückt: „AirJet verdoppelt die Prozessorleistung.“

Desktops nutzen eine Vielzahl von Techniken, um Chips zu kühlen und die Tau-Zeit zu verlängern: Heizkörper und Kühler, große Lüfter und sogar Wasserkühlung durch mehrere Schläuche. Aber ein Desktop-Gehäuse bietet den physischen Platz, um diese Lösungen realisierbar zu machen. Laptops und Tablets sind äußerst platzbeschränkt, was diese Lösungen weitaus weniger praktisch macht. Deshalb ist Frores AirJet so interessant.

„Hitze ist bei weitem die größte Hürde, die wir im Computerbereich überwinden müssen“, sagte Patrick Moorhead, Chefanalyst bei Moor Insights & Strategy und ehemaliger AMD-Manager, in einer Erklärung. „Thermisch beanspruchte Hardware funktioniert nicht optimal und aktuelle thermische Lösungen sind unzureichend. Ich glaube, dass Frore Systems mit seinem AirJet-Chip die Wärmetechnologie neu erfunden hat, der die aktive Wärmeabfuhr verdoppelt und eine dünnere, leisere Lösung bietet, die eine höhere Leistung bietet.“

Die Funktion der Frore AirJet-Chips besteht darin, dass sie Luft durch die Oberseite des Chips in ihr Inneres saugen, wo die Wärme ausgetauscht und dann an die Seiten des Chips abgegeben wird. Um den Sog zu erzeugen, platzierte Frore vibrierende Membranen im Inneren des Chips, die mit einer Amplitude von mehreren zehn Mikrometern schwingen. Laut Madhavapeddy schwingen die Membranen mit dem, was er „strukturelle Resonanz“ nennt, um die maximale Vibration mit der geringsten Energiemenge zu erzeugen. Sensoren im Chip passen die Resonanzfrequenz dynamisch an, wenn sich die Temperatur ändert, fügte er hinzu. Frore behauptet, dass die übertragene Wärme nahezu gesättigt ist und dem Prozessor selbst die größtmögliche Wärme entzieht. (Es ist Sache des Laptop-Herstellers, die heiße Luft nach außen abzulassen.)

Frore-Systeme

„Wenn [die Membranen] vibrieren, ziehen sie Luft von oben an – sie erzeugen die Saugkraft, die die Luft automatisch von oben in den Chip zieht“, sagte Madhavapeddy. „Und dann wird die Luft nach unten gedrückt, ähnlich wie durch ein Sieb am Boden des Hohlraums. Und es ist wie ein Duschkopf, also kommt die Luft von oben und wird durch dieses Sieb nach unten gedrückt … Und diese [Dusch-]Strahlen treffen auf den kupfernen Wärmeverteiler unten. Die Wärmeübertragung erfolgt, wenn diese pulsierenden Luftstrahlen auf den Kupfer-Wärmeverteiler treffen. Sie entziehen dem Kupfer-Wärmeverteiler mit sehr hoher Effizienz Wärme und die Luft tritt dann wieder aus.“

Dies alles geschieht in einem Chip, der nur 2,8 mm dick ist, fügte Madhavapeddy hinzu.

Madhavapeddy behauptete, dass die AirJet-Chips mehr als das Zehnfache des Drucks eines typischen Laptop-Lüfters liefern und gleichzeitig unter dem Schallpegel (21 bis 24 dBA) einer „geräuschlosen“ Lösung liegen. Wegen des hohen Gegendrucks, sagte er, können die Einlasslöcher mit einem wasserdichten/staubdichten IP68-Material abgedeckt werden, wodurch ein Laptop-Hersteller verhindern kann, dass Staub und andere Partikel das Innere eines Laptops bedecken.

„Ein großer Vorteil … ist die Funktionsweise Ihres Notebooks, wenn Sie es auf ein Kissen oder eine Matratze legen“, sagte Madhavapeddy. „Bei einem typischen Notebook befinden sich die Einlassöffnungen an der Unterseite des Notebooks. Bei fast jedem Notebook sind an der Unterseite viele Löcher zu sehen. Und wenn Sie es auf einen Schreibtisch stellen, ist das in Ordnung, denn sie haben kleine Stapel, um das Notebook ein wenig anzuheben, sodass eine Lücke entsteht, und die Luft kann durch die Lücke nach oben durch die Lüftungsschlitze an der Unterseite des Notebooks hineinströmen Die Fans. Wenn Sie es jedoch auf ein Kissen oder eine Matratze legen, werden alle Wände blockiert und die Ventilatoren verstopfen. Dadurch kommt man nicht in den Genuss des Ventilators.“

„Wir beseitigen dieses Problem vollständig, da in unserem Fall keine Lüftungsschlitze an der Unterseite erforderlich sind“, fügte Madhavapeddy hinzu.

Frore-Systeme

Derzeit ist die MiniJet-Lösung auf mobile Geräte ausgerichtet – Laptops, Tablets und VR-Headsets. Die nächste Generation soll dünner und leichter sein und sich laut Madhavapeddy an Smartphones orientieren.

Obwohl Frore seine Chips in einer Fabrik in Taiwan herstellt, verwendet das Unternehmen eine Vielzahl von Techniken aus verschiedenen Branchen (von der Flachbildschirmherstellung bis zur Luft- und Raumfahrt), um die vibrierende Membran am Anker zu befestigen.

Madhavapeddy sagte, dass Intel mit Frore zusammenarbeitet, um zu untersuchen, wie die AirJet-Technologie seine eigenen Chips verbessern könnte. Es ist jedoch unklar, wie stark diese Lösung die Kosten für einen Laptop oder Laptop-Prozessor erhöhen wird. „Wir sind im Vergleich zu dem Wert, den wir liefern, wettbewerbsfähig“, sagte Madhavapeddy. „Wir arbeiten mit mehreren OEMs zusammen und gehen davon aus, dass Sie im Jahr 2023 Produkte auf dem Markt sehen werden.“

Laut Intel sind die beiden Unternehmen an einer „technischen Zusammenarbeit“ beteiligt, die darauf abzielt, die Leistung der Evo-Laptops von Intel zu verbessern, die gemeinsam mit den Laptop-Herstellern selbst entwickelt werden. Intel, Frore und ausgewählte PC-Hersteller arbeiten zusammen, um die MiniJet-Technologie gemeinsam zu implementieren und Frore bei der Markteinführung zu unterstützen.

„Intels Mission mit Intel Evo ist es, das offene PC-Ökosystem zu vereinen, um den Menschen die bestmöglichen Laptop-Erlebnisse zu bieten“, sagte Josh Newman, Vizepräsident und General Manager für mobile Plattformen bei Intel, in einer Erklärung. „Die Entwicklung dünner, leichter und eleganter Laptop-Designs, die großartige Leistung bieten und gleichzeitig kühl und leise bleiben, sind die Grundlage dieser Mission. Die AirJet-Technologie von Frore Systems bietet einen neuen und neuartigen Ansatz, um diese Designziele auf neue Weise zu erreichen, und Intel freut sich über die technische Zusammenarbeit mit Frore Systems, um ihre Technologie für zukünftige Intel Evo-Laptops vorzubereiten.“

Eine Intel-Sprecherin teilte per E-Mail mit, dass es über eine Entwicklungsvereinbarung hinaus keine finanzielle Vereinbarung gebe. Im vergangenen Jahr hat Intel Frore dabei geholfen, Prototyp-Chips in echte Notebooks zu implementieren, technische Ziele wie Lüftergeräusch und Hauttemperatur festzulegen, einige der umgebenden Motherboard-Architekturen neu zu gestalten, Frore-Ingenieure zum Debuggen und Tuning in das Intel-Labor in Bangalore eingeladen und „ „Praktische Anleitung“, um Frore durch verbesserte Layouts und Prototyping bei der Zusammenarbeit mit mehr Hardware-Herstellern zu unterstützen.

Zum jetzigen Zeitpunkt ist nicht klar, wie viel Kosten der AirJet für einen Laptop verursachen wird oder in welchen Stückzahlen AirJets hergestellt werden können. Wird sich AMD anmelden, um die Technologie zu nutzen? Wird ein AirJet-Konkurrent entstehen? All diese Fragen werden irgendwann beantwortet. Tatsache ist jedoch, dass Frore und seine AirJet-Technologie eine der interessantesten Ergänzungen für Laptops und PCs seit Jahren sind.

Klarstellung: Ein Zitat aus Madhavapeddy wurde falsch transkribiert. Zwei Wörter wurden inzwischen korrigiert: „Sieb“ anstelle von „Meer“ und „Jets“ anstelle von „Vents“.

Als leitender Redakteur von PCWorld konzentriert sich Mark unter anderem auf Microsoft-Nachrichten und Chip-Technologie. Zuvor hat er für PCMag, BYTE, Slashdot, eWEEK und ReadWrite geschrieben.