Использование тепла процессора для выработки электроэнергии

Я читал « Структурированную компьютерную организацию » Таненбаума, и он говорит, что одним из основных узких мест для увеличения тактовой частоты процессора является нагрев. Поэтому я начал думать: можно ли вообще убрать радиатор и использовать это тепло для выработки большего количества электроэнергии? Я искал это и нашел эти термоэлектрические материалы и этот термоэлектрический генератор :

Концепция термоэлектрического генератора найдена в Википедии

Я прочитал в этой статье в Википедии, что «кремниево-германиевые сплавы в настоящее время являются лучшими термоэлектрическими материалами при температуре около 1000 ° C (...)» , и я знаю, что процессор обычно работает при температуре около 30–40 ° C. Таким образом, для достижения 1000 ° C потребуется больше процессоров.

Поэтому я подумал: а как насчет того, чтобы поставить много процессоров параллельно без их радиаторов, чтобы собирать больше тепла? Мы также можем сильно разогнать эти процессоры и посмотреть, сколько тепла они могут генерировать.

Но я застрял. Я не знаю, что думать дальше. Я даже не знаю, хороший ли это ход мыслей.

Мой вопрос: почему бы не разработать какой-нибудь радиатор, который вырабатывает электричество из тепла процессора? Я знаю, что кто-то, должно быть, уже думал об этом и думал о причине, почему бы этого не делать, но я не могу понять.

Итак, почему это невозможно?

РЕДАКТИРОВАТЬ для уточнения: я не хочу, чтобы процессоры работали при температуре 1000 ° C. Я перечислю шаги своих рассуждений (не обязательно правильных), которые были примерно такими:

  1. Тактовая частота процессора ограничена рабочей температурой (T).
  2. Процессоры выделяют тепло. Тепло увеличивает Т.
  3. Радиаторы заботятся об этом тепле, чтобы поддерживать T=40°C.
  4. Замените радиатор термоэлектрическим генератором (из SiGe или аналогичного материала)
  5. Поместите много процессоров рядом, чтобы увеличить тепловыделение.
  6. Тепло процессоров уходит в ТЭГ, поэтому температура процессоров остается на уровне 40°C.
  7. Это возможно?
  8. Как построить такую ​​ТЭГ? Какой материал использовать?
  9. Почему такого устройства еще нет?
  10. Задался этим вопросом.

EDIT2: я вижу, что моя идея в корне неверна и плоха. Спасибо за все ответы и комментарии. Извините за любые недоразумения.

Как вы предлагаете своим процессорам работать при 1000°C?
@PlasmaHH Я думал о множестве разогнанных процессоров параллельно. А вот 1000С - оптимальная рабочая температура для кремний-германия. Я думаю, что они работают и при более низких температурах, но менее эффективно.
Два процессора под углом 50° каждый — это не то же самое, что один процессор под углом 100°.
@EnzoFerber: так вы хотите, чтобы они просто выделяли тепло, а не работали как ЦП, выполняя вычисления вообще? Почему бы в этом случае просто не использовать резистивные керамические нагревательные элементы?
@PlasmaHH Нет, я хочу, чтобы они оставались обычными процессорами. Я просто хочу повторно использовать тепло для чего-то полезного...
Кроме того, основным препятствием здесь является то, что термоэлектрические элементы не способны перемещать тепло почти так же быстро, как настоящий радиатор. Они были бы гораздо менее эффективны в предотвращении плавления процессора.
@Felthry Я себе это представлял. Но я не знаю, как именно складываются два источника тепла.
Они не делают. Подумайте об этом так: если в восточной части вашей комнаты 20°C, а в западной — 20°C, то в вашей комнате в целом 20°C, а не 40°C или что-то в этом роде.
@EnzoFerber: Опять же, как они будут работать при 1000°C? Даже если их термозащита не сработает, это температура желтого свечения, большинство материалов в компьютере расплавится или даже испарится. Ни один процессор, известный человечеству, не может работать при таких температурах. Так как будет твой?
@PlasmaHH Я знаю. Мой ход мыслей: сотни процессоров выстроились в очередь, вычисляя И выделяя тепло. Одно устройство, собирающее тепло от всех этих процессоров, будет охлаждать их и генерировать электроэнергию. Как я уже сказал, мне любопытно, и я блуждаю по тому, что мне казалось интересной идеей... Я не знаю, возможно ли это вообще.
@EnzoFerber: хорошо, я сдаюсь, вы знаете, что процессор будет уничтожен из-за того, что он светится желтым цветом, но в то же время вы хотите, чтобы он светился желтым цветом и работал. Может быть, у ребят из научной фантастики и фэнтези SE есть какое-то волшебство, которое сработает для вас.
Возможно, при обычных температурах, да, практично / рентабельно НЕТ, не сейчас.
@PlasmaHH Нет. Это не то, чего я хочу. Я не хочу, чтобы они были желтыми. Я хочу устройство, способное охлаждать их и одновременно генерировать электричество. Нет сифи. Просто вопрос.
@EnzoFerber: Итак, вы хотите, чтобы они были крутыми, но в то же время выдерживали температуру 1000°C?
@PlasmaHH Нет, нет, нет. Я вижу путаницу. Я не хочу, чтобы они были при 1000C. Никогда. Оптимальная рабочая температура силиком-германия 1000С, а работает ли он при более низких температурах? Моя идея состоит в том, что работа большого количества процессоров при 50 ~ 80C будет складываться (что, как я уже обнаружил, не будет)
Какие типы процессоров сделаны из SiGe? И даже помимо этого, откуда берется ваша цифра «оптимальная рабочая температура»? Это звучит ужасно неразумно.
Я заметил, что никто не ответил, что я считаю реальным решением, поэтому я добавляю свое мнение. Для производства энергии вы не можете использовать тепло; вам нужно тепло ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО. поскольку процессору необходимо поддерживать фиксированную температуру (выше 100°C он будет вести себя плохо), единственный способ извлечь энергию — охладить радиатор. Но энергия, необходимая для охлаждения радиатора, выше той, которую вы можете извлечь. Вы можете извлечь энергию X, но только обеспечив ее энергией Y > X. Итак... Никакой выработки электроэнергии, извините...
@Shamtam Оптимальная рабочая температура 1000C для SiGe взята из статьи Wiki, на которую я ссылаюсь. Я не говорил, что процессоры сделаны из него или должны быть сделаны из него. Мне было интересно, можно ли построить из него или подобных материалов устройство для преобразования тепла в энергию.
@frarugi87 Спасибо за комментарий! Прояснил мне еще некоторые вещи.
@EnzoFerber Имейте в виду, что «оптимальная рабочая температура», указанная в этой статье, предназначена для термоэлектрических эффектов, а не для полупроводниковых эффектов. SiGe при такой температуре не будет работать как разумный полупроводник (то есть вы не сможете сделать из него полезный процессор) при такой температуре.
Вероятно, было бы проще использовать лампочку накаливания для питания самой себя. Он может выдерживать высокие температуры и выделяет много тепла. Теперь вам просто нужно сделать вечный двигатель, но это не должно быть проблемой. Если это слишком сложно, вы можете сделать фонарик с солнечным элементом для собственного питания. Автомобиль с большими колесами сзади, поэтому он всегда катится под гору... Так много возможностей!
Ваша способность генерировать энергию из источника тепла полностью зависит от нахождения большого количества более низкой температуры для обмена вашего тепла. Тепловая машина работает на дифференциале. Вот почему на атомных электростанциях стоят большие градирни. Поскольку вашим вероятным «конечным теплоотводом» является помещение с температурой 25°C, повышение температуры процессора до 55°C не дает большого запаса для выработки энергии.
В результате вместо того, чтобы спорить с нами о вашей неосведомленной фантазии, на самом деле получите информацию о термодинамике производства электроэнергии. Ваше равнодушие к тому же говорит о том, что вы не любите знания или их получение. Правда, в 90% случаев это будет сухая дыра, но иногда вы найдете что-то действительно крутое и работоспособное. И просто стать умнее во всем.
@Harper Конечно, поэтому я и спрашиваю! Я не спорю, пытаясь убедить вас, ребята, что я прав. Я пытаюсь показать вам все шаги моего рассуждения. Я уже вижу, что ошибаюсь...
Займитесь производством электроэнергии. Также покопайтесь в газовых законах, так как они пересекаются довольно критично — хитрость в использовании скрытой теплоты испарения при странных температурах — это фреоны или любая другая жидкость, с характеристиками которой вы можете жить. (например, чашки из пенопласта почти повсеместно продуваются пентаном , потому что он идеален... и фабрики просто справляются с воспламеняемостью.) На данный момент мы очень, очень далеки от информатики, но атомы - это новые биты. .
@Harper «Ваша незаинтересованность в том же предполагает, что вы не любите знания или их получение». Послушайте, я читал книгу о компьютерной архитектуре. У меня был вопрос, я думал об этом, я играл с ним, я придумал идею, я искал эту идею, но не смог найти многого с моими текущими знаниями. Поэтому я задал вопрос, чтобы получить информацию... Если не здесь, то где я должен спросить и рассказать об этом? Я просто пытаюсь прояснить все в своей голове.
@EnzoFerber извините, это было слишком.
Этот вопрос фантастический, но я бы предложил небольшое изменение. Вместо того, чтобы производить электричество из тепла, как насчет того, чтобы просто использовать тепло? Например, я использую блок питания своего Mac в качестве подогревателя кофе. Он как раз подходящего размера и формы, чтобы положить на него кофе, и он всегда горячий. Если бы у вас была серверная комната и вы могли бы прокачать жидкость, которую вы хотите нагреть до 50 градусов, через все процессоры, то вы бы получили подогрев бесплатно. Ну прокачка стоит как минимум.
@nocomprende, идея сделать лампочку, которая питается сама по себе, конечно, нелепа; но походная печь, которая использует отработанное тепло для выработки электроэнергии, достаточной для подзарядки вашего мобильного телефона, — это продукт, который вы можете купить . Суть в том, что количество энергии, которое заряжает телефон, составляет лишь малую долю отходящего тепла, которое, в свою очередь, составляет лишь небольшую часть тепла, используемого для приготовления вашего ужина.
Re, "удалить радиатор вообще". «Теплоотвод» находится там, где уходит тепло. Всегда есть радиатор, даже если нет специальной металлической части радиатора. Без радиатора (т. е. некуда отводить тепло) температура будет расти очень быстро, пока чип не расплавится. Термоэлектрический генератор не превращает тепло в электричество. Он генерирует электричество из потока тепла от источника к приемнику.
@jameslarge Спасибо за разъяснения. Я имел в виду удаление специально изготовленного металлического радиатора и замену его «чудо-устройством», о котором я думал.
@wontonimo В какой-то степени это происходит. При обогреве вашего дома ваш компьютер (немного) уменьшит мощность вашего обогревателя, помогая обогревать комнату. Например, при проектировании систем HVAC/контроля для больших офисов часто будет круглогодичное охлаждение в средних помещениях, если они достаточно велики. Все тепло, выделяемое людьми и устройствами, на самом деле добавляет чистое тепло в области, где оно не окружено холодом. Зимой по-прежнему необходимо обогревать периметр, так как потери тепла наружу больше, чем производят люди/устройства в здании.
Мне всегда казалось раздражающим, что нам приходится тратить энергию на охлаждение летом и на обогрев зимой. Это как идти в гору в обе стороны! Почему нет желаемого процесса, который просто работает? Почему нельзя хранить холод всю зиму и использовать его летом? Мы привыкли, сто лет назад. В десяти футах под землей держится 50 градусов круглый год. Жаль, что это не та температура, которую мы хотим. Они должны были сделать Гавайи намного больше .
@wontonimo Вы должны проверить это на qarnot.com . Это распределенный центр обработки данных, реализованный в... обогревателях. Имхо очень хорошая идея!
@nocomprende - Мы все еще делаем - это называется геотермальным тепловым насосом .
@brhans Я думал о сараях, полных льда из замерзших озер, упакованных в опилки. Тепловые насосы требуют расходования энергии для перемещения тепла, я говорил, почему не может быть что-то, что просто работает так, как нам хотелось бы?
@EtsitpabNioliv, Ого, они украли радиатор для майнинга биткойнов у ирландского студента 6 лет назад! Когда у каждого под кроватью был майнинг-компьютер.
Другой неупомянутый момент – это максимальный КПД тепловой машины , n=1-(Tcold/Thot)т.е. Для ЦП при 70°C в комнате при 20°C вы получаете максимальный (т.е. невозможный теоретический предел) КПД около 14,5%. Для более холодного процессора даже при 50°C этот показатель падает примерно до 10%. Таким образом, если предположить, что процессор мощностью 100 Вт, в котором вся энергия превращается в тепло, вы никогда не сможете генерировать больше, чем 10 Вт мощности, даже с лучшим тепловым двигателем, который только можно было сделать. На самом деле вы получите некоторую часть этого, и даже меньше, когда процессор будет холоднее или бездействует.
@ frarugi87 Ваш комментарий «Нет выработки электроэнергии, извините ...» неверен. Вы, безусловно, можете генерировать энергию, хотя из-за традиционных потерь при транспортировке и преобразовании вырабатываемое количество будет меньше, чем количество на входе. Генерируемой мощности может быть достаточно для работы, скажем, процессорного кулера без использования внешнего источника питания. Или какое-нибудь крутое светодиодное освещение. Или зарядить аккумулятор. Концепция здравая. Если бы Колумб прислушался к комментариям, подобным вашему, Новый Свет мог бы так и не открыться.
@Suncat2000, пожалуйста, попробуйте прочитать мой комментарий, а не блокировать его в самом начале. Вы говорите, что «сгенерированная сумма будет меньше, чем введенная сумма». Я написал, что «энергия, необходимая для охлаждения радиатора, выше, чем та, которую вы можете извлечь». Разве это не то же самое? И система, в которую вам нужно вводить больше энергии, чем она дает, не является генератором. Итак.. Никаких генераторов.
@ frarugi87 С вашей точки зрения, не может быть никакого генератора, потому что все «генераторы» теряют часть всей энергии в системе. Вы можете знать, что вы пытаетесь сказать, но отсутствие у вас навыков общения не позволяет этого понять. Генератор преобразует некоторую форму энергии в электрическую, независимо от того, насколько она эффективна или неэффективна. Я призываю оригинального автора внести свой вклад, придумав новые и лучшие приложения.

Ответы (7)

tl;dr Да, вы можете извлечь небольшое количество энергии из отработанного тепла процессора, но ваш радиатор должен быть тем больше, чем больше энергии вы хотите извлечь.

объяснение Не существует машины, которая превращает теплоту в энергию, есть только машины, которые преобразуют разность теплоты.во власть. В вашем случае это разница между температурой процессора и температурой окружающей среды. Максимальный теоретический КПД для этого процесса равен (1 - T_cold / T_hot), поэтому при температуре окружающей среды 25°C, температуре процессора 40°C и тепловом потоке 50 Вт вы можете генерировать 2,4 Вт электроэнергии с идеальным преобразователем. (температуры являются абсолютными температурами в Кельвинах). Если вы позволите процессору достичь 60 градусов C, вы можете получить до 5 Вт, а если вы позволите 100 градусов C, вы можете получить до 10 Вт. Реальные преобразователи тепла в энергию менее эффективны, особенно термоэлектрические элементы. Я бы порекомендовал двигатель Стирлинга, который ближе к идеальной эффективности.

Вот как проходит тепло с пассивным радиатором:

[CPU] --> [Environment]

Соединение ЦП-окружающая среда имеет тепловое сопротивление, измеряемое в Кельвинах/Ватт, что прямо эквивалентно электрическому сопротивлению, измеряемому в Вольтах/Амперах. Возможно, вы встречали значения Кельвин/Ватт в некоторых таблицах данных. Идеальный радиатор имеет нулевое сопротивление, поэтому разница температур равна 0, а процессор работает при температуре окружающей среды (25°С). При реальном радиаторе 0,5 К/Вт и тепловом потоке 50 Вт (ЦП выделяет 50 Вт тепла) разница температур составляет 25 К, а ЦП находится на уровне 50°С.

Вот как проходит тепло с предложенной вами машиной:

[CPU] --> [Hot end of machine] --> [Cold end of machine] --> [Environment]

Во всех трех точках существуют тепловые сопротивления, т. е. перепады температур. Предположим, что связь между ЦП и хотэндом машины идеальна, т.е. они имеют одинаковую температуру. Тепловое сопротивление внутри машины используется для выработки электроэнергии. Тепловое сопротивление между холодным концом и окружающей средой определяется радиатором холодного конца.

Скажем, радиатор на холодном конце такой же, как мы использовали для ЦП, с 0,5 К/Вт, и мы хотим, чтобы ЦП имел температуру 50°C. Тогда холодный конец машины уже имеет температуру 50°C, и не может быть разницы температур над машиной, т.е. она не может генерировать мощность. Если мы используем радиатор в два раза больше (0,25K/Вт), то температура на холодном конце будет 37,5°C, а разница температур над машиной составит 12,5°C, поэтому она может генерировать немного энергии.

Любая машина, извлекающая энергию из разницы температур, создает тепловое сопротивление, равное (temperature difference)/(Heat flow). Тепловое сопротивление машины добавляется к тепловому сопротивлению радиатора, поэтому температура процессора всегда будет выше, если между ними находится машина.

Кстати , некоторые оверклокеры идут противоположным путем: они добавляют термоэлектрический элемент, который работает в обратном направлении, используя электроэнергию для перекачки тепла от процессора к радиатору, создавая отрицательную разницу температур. Процессор находится на холодном конце, а радиатор — на горячем.

Кстати , именно поэтому на атомных электростанциях установлены огромные градирни, которые работают как поглотители холодного конца.

+1 пока единственный ответ, касающийся реальной проблемы, а не сосредоточенный на побочных эффектах.
Я слышал, что паровой котел - довольно хорошее устройство для извлечения энергии только из тепла. Естественно, вам нужно выйти за пределы температуры кипения, чтобы генерировать пар, который был бы полезен, когда ваш полупроводник готовит. Я предполагаю, что теоретически вы могли бы использовать систему низкого давления, чтобы понизить точку кипения. Вряд ли стоит на пару десятков ватт подумал. На атомных электростанциях WRT вы определенно могли бы использовать отработанное тепло в цикле охлаждения, например, для отопления жилых помещений. Эти плохие атомы переходят из охлаждающей воды в нагревающую, как всем известно.
@nocomprende: Вы правы, конечно. Я уточнил.
@Barleyman: Нет. Не может быть устройства, которое в качестве единственного эффекта превращает тепло в работу. Если бы существовала такая система, конструкция вечного двигателя была бы тривиальной: возьмем бассейны А и В, оба с одинаковой температурой. Используйте машину, чтобы охладить A, и используйте работу, чтобы нагреть B. Используйте термоэлектрический элемент между A и B, чтобы превратить разницу тепла в электричество.
@Barleyman: Жилое отопление — это умный радиатор, потому что за его использование можно брать деньги. Но это ненадежно, потому что ваши клиенты не будут поглощать ваше тепло летом, поэтому вам понадобятся башни в качестве резерва. Кроме того, для отопления жилых помещений потребуется температура не менее 60°С, поэтому холодная часть не сможет охладиться ниже 60°С. Помните: чем ниже температура холодной части, тем выше КПД.
@mic_e Вряд ли это вечный двигатель, вы отбираете тепло из системы, излучая, даже если у вас идеальная изоляция. Если бы ваше Та было таким же с самого начала, вы, очевидно, не создавали бы больше давления, поэтому в этом смысле правильно говорить, что разница температур создает силу. Или, говоря более простым языком, вы увеличиваете тепловое движение атомов, чтобы создать большее давление.
@Barleyman: Идеальная изоляция также означает отсутствие потерь на излучение. Вы можете легко избежать радиации или других тепловых потерь, если ваши два резервуара будут иметь температуру 2,73 К, в равновесии с остальной вселенной.
@mic_e Во вторичной циркуляции температура намного выше, > 250 градусов в зависимости от конструкции. Таким образом, вы можете построить приличную систему отопления, если она спроектирована. Из-за злого атома большинство предложений смотрят на третичную циркуляцию, которая, однако, недостаточно горячая. В любом случае вам нужна горячая вода круглый год, в зависимости от того, где вы живете, она на самом деле подается по трубопроводу, а не нагревается в котле.
@mic_e Вы ничего не изолируете, если обе ваши стороны находятся в равновесии. Кроме того, вы не «изолируете» излучение, вы его отражаете.
+1 за ответ, который положил конец всем остальным ответам. :) Позор, что был принят другой ответ (который в порядке, но с гораздо меньшими подробностями).
@Barleyman Холодная сторона парового котла — это та часть, где вы превращаете пар обратно в воду, чтобы снова его вскипятить. Я думаю, вы можете выпустить пар в атмосферу и набрать пресной воды из реки, но у вас все еще есть холодная сторона, это просто вся планета.

Проблема с термоэлектрическими генераторами в том, что они ужасно неэффективны.

Для процессора вы ДОЛЖНЫ избавиться от тепла, которое они производят, иначе они расплавятся.

Вы можете подключить модуль Пельтье и извлечь из них небольшое количество электроэнергии, но вам все равно придется рассеять оставшееся тепло с помощью классического метода теплообмена. Количество вырабатываемой электроэнергии, вероятно, будет недостаточно значительным, чтобы оправдать затраты на установку.

Вы также МОЖЕТЕ использовать элементы Пельтье в качестве охладителей. Тем не менее, вам нужно ДОБАВИТЬ мощность, чтобы откачать тепло. Затем эта мощность должна быть рассеяна вместе с теплом, которое вы отводите через теплообменник. В конце концов, последний должен быть больше, чтобы ваш чистый эффект был хуже.

Преобразование тепла в электроэнергию — это идея «Святого Грааля», которая стоит на одном уровне с холодным синтезом как теоретическая мечта.

ОТРЕДАКТИРОВАНО ДЛЯ ЯСНОСТИ

Эффективное ПРЯМОЕ преобразование тепла в электричество — это идея «святого грааля», которая находится на одном уровне с холодным синтезом как теоретическая мечта.

Преобразование тепла в электроэнергию — это не просто теоретическая мечта. Каждый двигатель внутреннего сгорания, каждая паровая турбина, каждый реактивный двигатель делают именно это. Это просто не имеет никакого смысла при температуре, при которой работают процессоры. Кроме того, ОП необходимо узнать разницу между теплом и температурой.
Вероятно, лучше всего сказать, что « отработанное тепло для производства энергии — это мечта» — большинство энергетических систем отбрасывают тепло, но нет способа эффективно использовать его из-за Карно и других ограничений.
@DaveTweed Я бы сказал, что большинство двигателей преобразуют давление в кинетическую или электрическую энергию и производят много тепла в качестве побочного продукта, что является их показателем эффективности ... но я все равно повысил ваш комментарий, поскольку вы можете так утверждать :)
Теплосодержание выходящей жидкости всегда меньше теплосодержания входной жидкости, поэтому все перечисленные мною устройства относятся к категории «тепловых двигателей», а их общий КПД ограничен известными законами термодинамики. . Устройство Пельтье подчиняется тем же законам, но оно, как известно, неэффективно.
Давление @Trevor является результатом применения тепловой энергии. По сути, давление является их инженерным средством доступа к тепловой энергии. Температура определяется как средняя кинетическая энергия, поэтому в некотором смысле у вас правильное представление, но вы ошибаетесь в отношении причины и следствия, если вы говорите о двигателе, а не о компрессоре.
@ChrisStratton вздох .. да, я думаю, я должен был сказать ПРЯМОЕ преобразование из тепла в электричество ....
Это зависит от вашего отработанного тепла. Отработанное тепло процессора при температуре немногим выше комнатной безнадежно и всегда будет. Например, отработанное тепло двигателя является предметом многочисленных исследований (обзорная статья за прошлый год). Другие реалистичные предложения включают отработанное тепло электростанций и отработанное тепло фотогальваники.
Может быть трудно генерировать полезную электрическую или механическую энергию, но «отработанное тепло ЦП при температуре немногим выше комнатной» может согреть вас зимой — то есть идея «печи данных».
@ChrisStratton LOL не только зимой... брр, сегодня на улице холодно... Я думал, что это июнь?
Учитывая термодинамику, как мы ее понимаем, холодный синтез является гораздо более многообещающим направлением исследований, чем прямое преобразование тепла в электричество. Холодный синтез, по крайней мере, не имеет фундаментальной теоретической основы, чтобы говорить, что это совершенно невозможно.
@Christoph: Ну, в крупных центрах обработки данных у вас именно такая ситуация. Тепловые насосы (кондиционеры воздуха) используются для активного откачивания тепла из центра обработки данных, чтобы облегчить его охлаждение, и никого не волнует огромное потребление энергии.
@Christoph «Конечно, увеличение энергопотребления почти никогда не оправдано». Это была моя точка зрения, вы просто переместите проблему в другое место. Это будет держать поверхность процессора более прохладной, но в целом от коробки будет исходить больше тепла. Однако у него есть применение для тесных помещений и плохо проветриваемых помещений.

Для выработки электроэнергии вы хотите, чтобы горячая сторона (процессор) была максимально горячей для максимальной эффективности. Тепловой генератор замедляет движение тепла, извлекая из него энергию.

Для выполнения вычислений вы хотите, чтобы процессор был как можно более холодным . Более высокие температуры увеличивают электрическое сопротивление кремния. Вот почему у вас есть высокопроводящие радиаторы, вентиляторы и т. д.: чтобы отводить тепло как можно быстрее.

Эти требования прямо противоречат друг другу.

Или, другими словами, вам пришлось бы значительно ухудшить работу процессора, чтобы извлечь даже незначительное количество энергии. Это проигрышное предложение. Если вы можете допустить, чтобы ЦП работал хуже, вам было бы лучше просто предоставить ему меньше энергии в первую очередь, а не предоставлять много дополнительных, просто чтобы нагреть его, чтобы вы могли восстановить крошечную часть этого.
На самом деле кремний противоположен металлу — сопротивление уменьшается с повышением температуры . Однако высокие температуры вызывают шум, а низкое сопротивление вызывает другие проблемы. Оба вызывают ошибки процессора.
Поскольку этот вопрос — прежде всего мысленный эксперимент; выиграет ли серверная ферма на Плутоне от изоляции, сохраняя ее в приятном климате на Северном полюсе? Если изоляция слишком эффективна, не могли бы вы заменить ее термоэлектрическими материалами?
@gmatht Уже есть эксперименты с центрами обработки данных глубоко в океанах. Это выглядит весьма многообещающе для облачных кластеров — охлаждение даже огромных ферм серверов при таких температурах окружающей среды почти тривиально, а вода может легко уносить много тепла. Я подозреваю, что Плутон был бы довольно непрактичным, даже если бы нас интересовала только температура, а не другие практические трудности :)
@TomLeys это упрощение. У нелегированных полупроводников сопротивление падает с температурой. С легированными полупроводниками дело обстоит так или иначе.
@gmatht Центру обработки данных на Плутоне придется столкнуться с тем фактом, что на Плутоне почти нулевая атмосфера, поэтому рассеивание тепла может происходить только за счет излучения, что очень неэффективно по сравнению с другими методами. Или, может быть, вы имели в виду Плутона, собаку Микки Мауса? :) В этом случае, я думаю, ему придется бороться с изолирующим эффектом собачьей шерсти, который значителен!
@MichaelKjörling Я предполагаю, что вы построили плутонический центр обработки данных с частичной атмосферой - азот конденсируется на стенах и испаряет оборудование.
@ Suncat2000, это было связано с «теплопередачей против излучения», а не с нереальной перспективой генерации
@ pjc50 Это ошибочное предположение. Вам нужен перепад тепла. Именно так работает обычный радиатор: переносит энергию с более горячей стороны на более холодную. Если вы поместите тепловой генератор посередине, он может генерировать электричество из этого потока энергии и использовать часть отходов. Может быть, не так много, но это, конечно, не невозможно.
@ Suncat2000 Suncat2000 Я не могу понять, какое предположение вы имеете в виду и называете «ошибочным»? Я говорил, что вместо вакуума вам нужна атмосфера для отвода тепла с «холодной стороны», независимо от того, есть ли у вас там ТЭГ или нет.

Удивлен, что никто не упомянул об этом:

Выработка электроэнергии из отходящего тепла от какого-либо процесса, в котором сжигается топливо, может иметь смысл. Выработка электроэнергии из отработанного тепла системы, которая в первую очередь питается от электричества? Это бессмысленно. Если вы можете сэкономить энергию, делая это, то вы можете сэкономить еще больше энергии, построив систему, которая в первую очередь использует электричество более эффективно.

Точно. Если ЦП может выдерживать извлечение энергии из своего тепла, он работает очень неэффективно, и вам лучше использовать эту неэффективность, чтобы в первую очередь заставить его потреблять меньше энергии, чем пытаться извлечь крошечную ее часть.
Я думаю, что этот ответ должен быть выше. Не существует устройства, которое могло бы эффективно рекуперировать электрическую энергию без потерь. Вместо этого следует оптимизировать сам процессор.
Тот же аргумент можно применить к двигателям, которые сжигают топливо: оптимизация теплового двигателя дает больше, чем попытка собрать отработанное тепло.
@DmitryGrigoryev, поэтому мы не видим автомобильные двигатели и силовые установки, покрытые элементами Пельтье.
Электростанции довольно часто используют «отработанное тепло» газовых турбин для запуска паровых двигателей.
@Christian, на самом деле производители автомобилей хотели бы использовать термоэлектричество вместо менее надежного генератора с ременным приводом для питания электрической системы автомобиля или грузовика, но до сих пор стоимость производства не позволяла ему пройти стадию прототипа. en.wikipedia.org/wiki/…
@DmitryGrigoryev: с одной оговоркой: когенерация. Сбор отработанного тепла и использование его для обогрева других вещей является фантастически эффективным.
@whatsisname как автомобильная система обогрева переменного тока
Метакомментарий: Вероятно, никто раньше не додумался дать этот ответ, потому что он не является частью вопроса. Дело в том, что процессоры выделяют тепло. ОП указывает этот факт для полноты картины или для установления контекста вопроса. ОП не спрашивает, как/можно ли этого избежать. Вопрос в том, можно ли использовать тепло, которое является данностью, для создания электричества. Следовательно, нет смысла предлагать избегать тепла (в контексте этого вопроса).
Это очень интересный способ думать об этом!
В дополнение к комментарию @whatsisname, Cray Research отапливала свое предприятие в Чиппева-Фолс, штат Висконсин, в основном за счет тепла, выделяемого при создании и тестировании суперкомпьютеров. Это позволило избежать неэффективности преобразования — компьютеры производили теплый воздух, а теплый воздух был именно тем, что было нужно зимой в Висконсине.
Это так же бессмысленно, как электрические обогреватели. Кто будет настолько глуп, чтобы попробовать это.

Законы термодинамики гласят, что объединение двух источников энергии с одинаковой температурой не соответствует более высокому уровню энергии. Например, если налить чашку с горячей водой в другую чашку с горячей водой, комбинация не станет более горячей, чем отдельные чашки.

Тепло также является одной из низших форм энергии, с которой вы мало что можете сделать. Электричество может управлять цепями, ветер может создавать механическое движение, но тепло мало что может сделать, кроме как направить больше энергии в жидкость или твердое тело.

Тем не менее, наиболее реальным способом получения энергии из тепла является кипячение жидкости (например, воды) для вращения турбины. Если объединить несколько радиаторов и прикрепить их к ванне, вода может закипеть, если температура всех процессоров выше 100°C. Но, как вы, вероятно, догадались, это ужасная идея.

Получить полезную энергию из теплового градиента достаточно просто, но эффективность возрастает по мере увеличения разницы. Вот как, например, работают двигатели внутреннего сгорания, и вот почему термодинамический двигатель пытается разогреться настолько, насколько это возможно, в то время как другая сторона остается настолько холодной, насколько это возможно. Градиент между процессором с температурой 50 °C и окружающей средой с температурой 25 °C не дает вам много возможностей для извлечения полезной энергии — на самом деле поддержание достаточного охлаждения процессора является сложной задачей, а тепловой двигатель только усугубит ситуацию.
Речь шла не об эффективности, а о практичности. Кипятить воду на отработанном тепле процессора нецелесообразно независимо от температурного градиента.
Кипяток при комнатном давлении, конечно. Но никто не говорит, что это должна быть вода и что это должно быть комнатное давление — есть много вещей, которые имеют удобную температуру кипения. Мы используем множество различных охлаждающих жидкостей в зависимости от условий, в том числе популярные сейчас тепловые трубки, которые на самом деле используются для охлаждения процессоров, используя охлаждающую жидкость с водяным испарением под низким давлением, значительно превосходящую теплопроводность корпуса. Эффективность и стоимость — это все, что имеет значение — извлечение даже небольшой части энергии в таком крошечном градиенте непрактично дорого.

Смешно думать, но нет. Ваш ЦП - это не просто чип, здесь есть соединительные провода и корпус, у которых точно не будет шансов при 1000 ° C.

Кроме того, необходимо учитывать некоторые законы термодинамики. Вы по-прежнему должны вкладывать огромное количество энергии в систему, чтобы получить очень мало. Элементу Пельтье, о котором вы говорите, требуется большая dT (разница между холодной и горячей стороной), поэтому простое удаление радиаторов приведет к тому, что «холодная» сторона будет иметь ту же температуру, что и горячая сторона, поэтому здесь больше не будет получена энергия, вам нужно будет охладить холодную сторону, что еще больше снизит эффективность. С другой стороны, эти элементы Пельтье можно использовать для создания разницы температур, как при охлаждении процессора.

Теоретически это возможно . Все, что вам нужно, это какое-то «вещество», которое вырабатывает электричество, когда одна из его поверхностей имеет температуру 40°С, а другая — 20°С.
В настоящее время существуют термопары, которые делают именно это (преобразовывают тепло в электричество), но при гораздо более высокой температуре.

Использование тепла процессора для выработки электроэнергии
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v