Tehnologia de răcire cu cip microcanal
Răcirea cu lichid este viitorul centrelor de date. Aerul nu poate face față densității de putere care ajunge în sala de date, așa că în conexiune curge un fluid dens cu capacitate termică mare. Pe măsură ce densitatea termică a echipamentului IT crește, lichidul devine mai aproape de acesta. Dar cât de departe se pot apropia lichidele? Este larg acceptat să funcționeze un sistem de circulație a apei prin ușa din spate a dulapurilor centrului de date. Apoi, sistemul continuă să circule apa către placa rece pe componente deosebit de fierbinți, cum ar fi GPU-uri sau procesoare. În plus, sistemul de imersie scufundă întregul rack în fluidul dielectric, astfel încât lichidul de răcire poate intra în contact cu fiecare parte a sistemului. Principalii furnizori oferă acum servere optimizate pentru imersiune.
În 1981, cercetătorii David Tuckerman și RF Pease de la Universitatea Stanford au propus gravarea unor „microcanale” mici în radiatoare pentru a elimina mai eficient căldura. Canalele mici au o suprafață mai mare și pot elimina mai eficient căldura. Ei sugerează că radiatoarele pot deveni o componentă a cipurilor VLSI, iar demonstrația lor demonstrează că radiatoarele cu microcanale pot suporta un flux de căldură impresionant de 800 W pe metru pătrat.
Odată cu dezvoltarea producției de semiconductori și intrarea acesteia în structuri tridimensionale, ideea de răcire și procesare integrată a devenit mai practică. Începând cu anii 1980, producătorii au încercat să suprapună mai multe componente pe cipuri de siliciu. Crearea de canale deasupra cipurilor de siliciu multistrat poate fi o metodă rapidă și optimă pentru răcire, deoarece poate începe prin simpla implementare a unor mici caneluri similare aripioarelor pe un radiator. Dar această idee nu a primit prea multă atenție, deoarece furnizorii de cipuri speră să folosească tehnologia 3D pentru a stivui componente active. Această metodă este acum acceptată de memoria de înaltă densitate, iar brevetele Nvidia indică faptul că ar putea fi destinată stivuirii GPU-urilor.
Cercetătorii au lucrat la gravarea canalelor microfluidice pe suprafața cipurilor de siliciu de câțiva ani. O echipă de la Georgia Institute of Technology a colaborat cu Intel în 2015 pentru a fi potențial prima care a fabricat un cip FPGA cu un strat de răcire microfluidic integrat, situat la doar câteva sute de micrometri distanță de locul unde funcționează tranzistorul pe siliciu. „Am eliminat radiatorul de pe partea superioară a cipului de siliciu prin răcirea lichidului la doar câteva sute de micrometri distanță de tranzistor”, a declarat profesorul Muhannad Bakir, liderul echipei la Georgia Institute of Technology, într-un comunicat de presă. Credem că integrarea răcirii microfluidice în mod direct și fiabil în siliciu va deveni o tehnologie disruptivă pentru următoarea generație de produse electronice.
În interiorul cipului a fost proiectată o rețea 3D de canale de răcire microfluidice, situate la doar câțiva micrometri sub partea activă a fiecărui dispozitiv tranzistor, de unde se generează căldură. Această metodă poate îmbunătăți performanța de răcire de 50 de ori. Microcanalele transportă fluide direct către punctele fierbinți și gestionează o densitate de putere uimitoare de 1,7 kW pe centimetru pătrat. Acest lucru este echivalent cu 17 MW pe metru pătrat, ceea ce reprezintă de câteva ori fluxul de căldură actual al GPU-ului.
Dificultatea disipării căldurii înseamnă că cele mai mari cipuri de astăzi nu pot folosi toate tranzistoarele simultan, altfel se vor supraîncălzi. Aplicarea microfluidicei poate îmbunătăți performanța și eficiența cipului. Este posibil să operați centrele de date mai eficient fără a fi nevoie de sisteme de refrigerare consumatoare de energie.
