Микроканална технология за охлаждане на чипове
Течното охлаждане е бъдещето на центровете за данни. Въздухът не може да се справи с плътността на мощността, която достига до залата за данни, така че плътна течност с висок термичен капацитет тече във връзката. Тъй като плътността на топлината на IT оборудването се увеличава, течността се доближава до него. Но колко далеч могат да се приближат течностите? Широко прието е системата за циркулация на водата да се управлява през задната врата на шкафовете в центъра за данни. След това системата продължава да циркулира вода към студената платка върху особено горещи компоненти като GPU или CPU. В допълнение, системата за потапяне потапя цялата стойка в диелектричната течност, така че охлаждащата течност може да влезе в контакт с всяка част от системата. Основните доставчици вече предлагат сървъри, оптимизирани за потапяне.
През 1981 г. изследователите Дейвид Тъкърман и Р. Ф. Пийз от Станфордския университет предложиха гравирането на малки "микроканали" в радиаторите за по-ефективно отстраняване на топлината. Малките канали имат по-голяма повърхност и могат по-ефективно да отвеждат топлината. Те предполагат, че радиаторите могат да станат компонент на VLSI чипове и тяхната демонстрация демонстрира, че микроканалните радиатори могат да поддържат впечатляващ топлинен поток от 800 W на квадратен метър.
С развитието на производството на полупроводници и навлизането му в триизмерни структури, идеята за интегрирано охлаждане и обработка стана по-практична. Започвайки от 80-те години на миналия век, производителите се опитаха да наслагват множество компоненти върху силициевите чипове. Създаването на канали върху многослойни силициеви чипове може да бъде бърз и оптимален метод за охлаждане, тъй като може да започне с просто прилагане на малки жлебове, подобни на ребра върху радиатор. Но тази идея не получи много внимание, тъй като доставчиците на чипове се надяват да използват 3D технология за подреждане на активни компоненти. Този метод вече е приет от памет с висока плътност и патентите на Nvidia показват, че може да е предназначен за стек на графични процесори.
Изследователите работят върху ецване на микрофлуидни канали върху повърхността на силициевите чипове в продължение на няколко години. Екип от Технологичния институт на Джорджия си сътрудничи с Intel през 2015 г., за да бъде потенциално първият, който произвежда FPGA чип с интегриран микрофлуиден охлаждащ слой, разположен само на няколкостотин микрометра от мястото, където транзисторът работи върху силиций. „Ние премахнахме радиатора в горната част на силициевия чип, като охладихме течността само на няколкостотин микрометра от транзистора“, каза професор Муханад Бакир, ръководител на екипа в Технологичния институт на Джорджия, в прессъобщение. Вярваме, че интегрирането на микрофлуидно охлаждане директно и надеждно в силиция ще се превърне в разрушителна технология за следващото поколение електронни продукти.
Вътре в чипа е проектирана 3D мрежа от микрофлуидни охлаждащи канали, разположени само на няколко микрометра под активната част на всяко транзисторно устройство, откъдето се генерира топлина. Този метод може да подобри ефективността на охлаждане с 50 пъти. Микроканалите транспортират течности директно до горещи точки и се справят с удивителната плътност на мощността от 1,7 kW на квадратен сантиметър. Това е еквивалентно на 17 MW на квадратен метър, което е няколко пъти повече от текущия топлинен поток на GPU.
Трудността на разсейването на топлината означава, че най-големите чипове днес не могат да използват всички транзистори наведнъж, в противен случай те ще прегреят. Прилагането на микрофлуиди може да подобри производителността и ефективността на чипа. Възможно е центровете за данни да се управляват по-ефективно, без да са необходими енергоемки хладилни системи.
