In der Hardware-Entwicklung zeichnet sich ein Paradigmenwechsel bei der Kühlung von Hochleistungskomponenten ab. Die langfristige Forschungspartnerschaft zwischen dem österreichischen Kühlspezialisten Noctua und dem Technologieunternehmen Forced Physics DCT hat erste Ergebnisse zur Anpassung der sogenannten JouleForce-Mikrokanal-Kühlung für Desktop-PCs und Workstations hervorgebracht.
Aktuelle Tests belegen, dass die Technologie signifikante Leistungssteigerungen bei professionellen Grafikkarten ermöglicht, während sie gleichzeitig die Abhängigkeit von komplexen Flüssigkeitskühlsystemen reduziert.
Signifikante Effizienzsteigerungen in ersten Testreihen
Neu veröffentlichte Leistungsdaten zeigen das Potenzial der JouleForce-Technologie im professionellen Einsatz. Bei Tests mit einer NVIDIA RTX 6000 konnte unter spezifischen Lastszenarien ein um bis zu 55 % höherer Token-Durchsatz erzielt werden.
In einem sogenannten Phoenix-Edge-System wurde zudem ein stabiler 24-Stunden-Betrieb nachgewiesen, bei dem die CPU-Spitzentemperatur 87 °C nicht überschritt. Dies wurde bei einer Einlasslufttemperatur von etwa 43 °C ±2 °C ohne thermische Drosselung (Throttling) erreicht.
Wissenschaftliche Überprüfungen durch die Villanova University stützten die Angaben des Herstellers. Messwerte des Forschers Alfonso Ortega stimmten bis auf etwa 3 % bis 5 % mit den Daten von Forced Physics überein. Dabei erreichte die JouleForce-Lösung bei einem Luftstrom von circa 40 SCFM einen thermischen Widerstand von nahezu 0,04 °C/W. Im Vergleich dazu weist ein Standard-1U-Kühler von Dell bei einem deutlich höheren Luftstrom von über 120 SCFM einen thermischen Widerstand von etwa 0,08 °C/W auf. Damit halbiert die neue Technologie den Widerstand bei nur einem Drittel des benötigten Luftstroms. Ein weiterer Testpunkt ergab einen Widerstand von 0,06 °C/W bei einer Last von 700 Watt und einer Junction-Temperatur von 65 °C.
Funktionsweise der JouleForce-Technologie ohne Flüssigkeit
Die JouleForce-Technologie, für die Forced Physics im August 2019 das US-Patent 10,379,582 B2 erhielt, wird als „dritter Kühlpfad“ zwischen klassischer Luft- und Flüssigkeitskühlung positioniert. Das System nutzt Wärmetauscher mit tausenden mikroskopisch kleinen Luftkanälen anstelle herkömmlicher Aluminium-Lamellen. Durch die gezielte Nutzung geometriebedingter Molekülkollisionen entlang der Mikrokanalwände werden Grenzschichten verhindert.
Dies ermöglicht es, Wärme über die gesamte Länge der Kanäle effizient abzuführen. Laut Noctua kann eine hohe thermische Leistung allein mit Luft erreicht werden, wodurch Pumpen, Schläuche oder geschlossene Flüssigkeitskreisläufe überflüssig werden. Ursprünglich für Rechenzentren und KI-Beschleuniger konzipiert, zielt die Technologie nun auf eine Leistungsaufnahme zwischen 500 und über 2.000 Watt ab.
Wer Workstations mit KI-GPUs jenseits von 2.000 Watt auslegt, stößt bei klassischer Luftkühlung an eine Wand. Ein kostenloser Leitfaden ordnet die aktuellen Mikrokanal-Messwerte ein — thermischer Widerstand, Token-Durchsatz, Dauerlast — und zeigt, welche Integrationsschritte vor dem Umbau zu klären sind. Kostenlosen Technik-Leitfaden anfordern
Herausforderungen bei der Integration in Desktop-Gehäuse
Trotz der vielversprechenden Labordaten bleibt die Übertragung auf Standard-PCs eine komplexe Ingenieursaufgabe. Noctua-CEO Roland Mossig betonte, dass es sich um ein langfristiges Projekt und nicht um einen kurzfristigen Produkt-Launch handle. Ein Hauptproblem stellt die Systemimpedanz dar: Die Geometrie der Mikrokanäle verursacht einen Druckabfall, der die Leistungsfähigkeit herkömmlicher axialer PC-Lüfter bei weitem übersteigt.
Bisherige Implementierungen der JouleForce-Technik erfordern Hochdruckausrüstung wie Industriegebläse oder Vakuumpumpen, deren Geräuschentwicklung für typische Büro- oder Heimanwendungen ungeeignet ist.
Die Partnerschaft arbeitet daher an Lösungen, um entweder den benötigten statischen Druck zu senken oder geräuscharme Hochdruck-Lüfter innerhalb von Standardgehäusen zu ermöglichen. Zudem müssen Dichtungsanforderungen für den hohen Druck erfüllt werden, was modulare Gehäusedesigns erschwert.
Marktumfeld und Anforderungen jenseits von 2.000 Watt
Der Bedarf an neuen Kühlkonzepten wird durch die rasant steigende Leistungsaufnahme von KI-GPUs getrieben, die zunehmend die Marke von 2.000 Watt überschreitet. Branchenexperten identifizieren die Chipkühlung als nächsten Engpass für die KI-Rechenleistung, da klassische Luft- und Standard-Flüssigkühlungen an physikalische Grenzen stoßen.
Während Noctua und Forced Physics auf Luft-Mikrokanäle setzen, verfolgen andere Marktakteure alternative Ansätze. So forschen Institutionen wie die Tsinghua University gemeinsam mit Lenovo an Multiskalen-Strukturen mit integrierten Vapor Chambers für 1.000-Watt-Szenarien.
Der eigentliche Bremsklotz bei Mikrokanal-Luftkühlung ist nicht die Kühlleistung, sondern der Druckabfall: Er liegt mindestens eine Größenordnung über dem, was axiale PC-Lüfter liefern. Wer heute Flüssigkeitskreisläufe plant, findet hier die Alternative — samt der Dichtungs- und Gehäuse-Fragen, die vorab zu lösen sind. Mikrokanal-Integrationscheck jetzt sichern
Unternehmen wie Vertiv, LG Electronics und CoolIT Systems forcieren derweil hochskalierbare Flüssigkeitskühlsysteme (CDUs) für Rechenzentren, um Rack-Dichten von über 250 kW zu bewältigen.
Die Kooperation von Noctua zielt darauf ab, ähnliche Leistungsklassen künftig auch ohne den Einsatz von Kühlflüssigkeiten handhabbar zu machen. Updates zum Projekt sind bei Erreichen weiterer Entwicklungsmeilensteine geplant.
