Стрімке зростання популярності штучного інтелекту та хмарних сервісів призводить до того, що дата-центри стають дедалі більшими та витрачають усе більше електроенергії. Причому значна її частина йде не на самі обчислення, а на боротьбу з перегрівом обладнання.
Інженери з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн разом із компанією Fabric8Labs представили нову технологію охолодження комп’ютерних чипів, яка може суттєво змінити ситуацію. Вони розробили мідну охолоджувальну пластину незвичайної форми, здатну працювати ефективніше за сучасні аналоги та водночас потребувати значно менше енергії.
Охолодження стає головною проблемою для сучасних серверів
З кожним роком процесори та графічні прискорювачі стають потужнішими, але разом із цим вони виділяють дедалі більше тепла. Якщо ще кілька десятиліть тому для більшості комп’ютерів вистачало звичайних вентиляторів, то сучасні сервери для штучного інтелекту часто потребують рідинного охолодження.
За оцінками фахівців, майже половина енергії, яку споживає дата-центр, припадає саме на системи охолодження та допоміжне обладнання.
Мідна пластина з незвичайними «шипами»
Основою нової технології стала спеціальна мідна пластина, яка кріпиться безпосередньо до комп’ютерного чипа. Через неї циркулює охолоджувальна рідина, що відводить тепло.
Головною особливістю конструкції є складна система мікроскопічних виступів із гострими зубчастими краями. Вони значно збільшують площу контакту з рідиною та покращують передачу тепла.
Для створення такої форми вчені використали метод топологічної оптимізації. Спеціальний алгоритм багаторазово змінював конструкцію, шукаючи найкращий баланс між ефективністю охолодження та мінімальними витратами енергії на прокачування рідини.
Друк із чистої міді відкрив нові можливості
Довгий час складні конструкції було важко виготовити з міді, хоча саме цей метал чудово проводить тепло. Через це багато сучасних систем виробляють з алюмінію або сталі, які поступаються за своїми характеристиками.
Проблему вдалося вирішити завдяки новій технології електрохімічного адитивного виробництва. На відміну від традиційного 3D-друку, тут мідь не плавиться, а поступово нарощується шар за шаром за допомогою електрохімічних процесів.
Такий підхід дозволяє створювати надзвичайно дрібні деталі — розміром лише 30–50 мікрометрів, що менше за товщину людської волосини.
До 32% краща ефективність
Під час випробувань нова система показала дуже обнадійливі результати. Порівняно зі звичайними мідними пластинами з простими прямокутними ребрами вона забезпечує до 32% ефективніше охолодження. Крім того, нова конструкція знижує гідравлічний опір майже на 68%. Це означає, що насосам потрібно менше енергії для циркуляції охолоджувальної рідини.
Дата-центри можуть стати значно економнішими
За розрахунками авторів дослідження, якщо впровадити таку технологію у великих дата-центрах нового покоління, витрати енергії на охолодження можуть скоротитися до приблизно 1,1% від загального енергоспоживання. Для порівняння, традиційні повітряні системи нині можуть забирати близько 30% усієї електроенергії, яку використовує центр обробки даних.
Науковці вважають, що їхня розробка не обмежиться лише серверними комплексами. Подібні рішення можна адаптувати для охолодження різноманітної електроніки, промислового обладнання та інших систем, де необхідно швидко й ефективно відводити тепло.
Якщо технологія успішно вийде на ринок, вона може стати одним із ключових інструментів для зменшення енергоспоживання інфраструктури, яка забезпечує роботу штучного інтелекту та хмарних сервісів у всьому світі. Це дослідження було опубліковано в журналі Cell Reports Physical Science.