¿Qué es el efecto Thomson y por qué no lo usan Intel, AMD y NVIDIA?

¿Qué es el efecto Thomson y por qué no lo usan Intel, AMD y NVIDIA?

Javier López

La industria de PC siempre está intentando buscar nuevas metas para mejorar rendimiento, temperatura o consumo. En la termodinámica básica hay una serie de efectos que podrían ayudar con esto, pero tienen una serie de limitaciones que de momento no han sido resueltas, pero que podrían estar en estudio. Una de ellas es el llamado efecto Thomson, muy conocido y que tiene grandes aplicaciones en PC, pero ¿por qué no se usa?

Todo el que haya estudiado alguna rama de la termodinámica conocerá este efecto y como tal se habrá preguntado en más de una ocasión el por qué la industria no ha seguido invirtiendo recursos en paliar sus puntos negativos.

A continuación, conoceremos los puntos básicos del mismo y todo lo relacionado con su rama para informática, ya que ha habido intentos serios de ponerlo en práctica y de los cuales no sabemos nada actualmente.

Efecto Thomson, ¿tan efectivo como aparenta?

Efecto-Thomson

Estudiado por el hombre que le da nombre, Willian Thomson en 1851, donde primero fue predicho sobre el papel y luego demostrado empíricamente, hablamos de un efecto que tiene serias connotaciones para la industria de PC y apenas un par de problemas a solventar.

Este efecto se basa en un material conductor de corriente como base, que se calienta o enfría mediante el paso de la misma con un gradiente de temperatura, es decir, el efecto intenta explicar como un material conductor de la corriente se puede calentar o enfriar con el paso de la misma entre dos puntos.

Muchos ya tendréis una ceja levantada y la bombilla encendida encima de la cabeza, y es que el efecto se deja querer en cuanto es conocido, pero antes de ver sus posibles aplicaciones, hemos de conocer que hay dos tipos de efecto Thomson: positivo y negativo.

El positivo se basa en mover la corriente del extremo caliente al frío, es decir, se mueve de un alto potencial a uno bajo y con ello se produce calor. El efecto negativo es justo al contrario, tenemos un extremo frío y otro caliente con menor potencial, donde la corriente se moverá del bajo potencial al alto y con ello se absorbe calor.

Entendido esto solo nos queda comprender que este efecto a diferencia de los otros dos que ya vimos en su momento, es el único que puede medirse en materiales individuales, algo que necesitaremos para desarrollar nuestras ideas.

¿Por qué no se usa en CPUs y GPUs?

Thomson

Al igual que se les da corriente a los ventiladores de los disipadores de CPU y GPU, la lógica nos indica que podríamos potenciar el efecto Thomson negativo aplicando energía a un material como el níquel o el cobre donde el extremo frío (cold plate) sea el de mayor potencial, y así al colocarlo junto con un die o IHS lograría absorber más calor del chip.

Aunque fuese poca corriente como es esperable y siendo el sistema factible desde el punto de vista teórico, donde ya habría que ver la ganancia de temperatura al usarlo, hay un factor que lo impide y que a su vez se divide en dos argumentos diferentes: el silicio es un superconductor en cualquier procesador actual.

La calidad del silicio, su composición pura, el tratamiento y creación de las obleas y los die dan como resultado que los chips de PC y servidor son realmente superconductores a todas luces. ¿Por qué esto es relevante? Porque, aunque el efecto Thomson se aplicase a un disipador o bloque la corriente eléctrica terminará fugándose hacia el superconductor, provocando daños en los die.

La escalada nanométrica en la que nos encontramos estipula impedancias, jitter y un sin fin de parámetros eléctricos extremadamente precisos para un die actual. El efecto Thomson implementaría una sobre corriente externa que terminaría aniquilando dicho die y por lo tanto dejándonos un bonito pisapapeles.

Aislar eléctricamente los dies no es físicamente posible

GPU

¿Y si aislamos el die con un IHS? No ha faltado ese intento en la industria, donde varios prototipos lo han intentado a lo largo de la historia. El problema es que los compuestos para sellar los IHS no son totalmente inmunes a la corriente eléctrica, ya que se usa un mono componente basado por norma en una derivación del carbono, así que algunas fugas terminarán en el PCB (capas de cobre, cobalto y zinc) donde volverán a filtrarse hacia el die.

Tenemos que tener en cuenta la alta sensibilidad de los die actuales, donde la simple electricidad estática que produce un ventilador empujando el aire hacia las aletas del disipador ya genera problemas en algunos modelos de GPU con el die expuesto. Por ello, no se deben de usar pastas térmicas de metal líquido en las tarjetas gráficas, porque a la mínima fuga de corriente podemos freír literalmente el chip.

Mismo caso para las CPU que se destapan para hacer contactar el die con el bloque o disipador, ya que, aunque la refrigeración por agua solo incluye los ventiladores en los radiadores y los líquidos están preparados para conducir la electricidad en valores mínimos, el coeficiente de fricción del mismo con materiales como el níquel o el cobre producen pequeñas cargas que deben ser consideradas, sobre todo tras tiempo de funcionamiento y más iones metálicos en el líquido.