RW Space

С постоянно растущим спросом на услуги искусственного интеллекта и облачных вычислений центры обработки данных становятся больше, многочисленнее и более энергоемкими.

Это неудивительно, учитывая все серверы, устройства хранения и другое ИТ-оборудование, которое они используют для обработки, анализа и передачи данных.

В США потребление энергии серверами более чем утроилось в период с 2014 по 2023 год и может удвоиться или даже утроиться еще раз к 2028 году, составив до 12 согласно прогнозам, процентов нагрузки национальной электросети.

И дело не только в самих вычислениях: почти половина энергопотребления центра обработки данных приходится на охлаждение и вспомогательную деятельность.

Итак, инженеры теперь разработали новый, более эффективный тип системы охлаждения: холодную пластину из чистой меди с зазубренными выступами, которая крепится к компьютерным чипам.

Примечательно, что в ее конструкции помог искусственный интеллект.

Итак, как работает эта новая система? работает?

На протяжении последних полувека для охлаждения компьютерных чипов широко использовался циркулирующий воздух. Но по мере того, как современные компьютерные чипы становятся более мощными, они выделяют больше тепла, и циркулирующего воздуха уже недостаточно для отвода этого тепла.

Поэтому циркулирующая жидкая охлаждающая жидкость, более плотная, чем воздух, может быть более эффективной в предотвращении перегрева.

В перспективе, именно поэтому прыжок в бассейн в теплый день может так эффективно охладить вас, даже если вода тоже теплая.

«Охлаждение является узким местом при проектировании компьютерных чипов», — говорит Бехнуд Базми, инженер-механик из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн (UIUC).

Чтобы решить эту проблему, инженеры UIUC в сотрудничестве с американской производственной компанией Fabric8Labs разработали новый подход. Система охлаждения непосредственно на чипе, состоящая из медных пластин, которые крепятся к компьютерным чипам.

Эти пластины имеют «ребра» или выступы, которые выступают для увеличения контакта с циркулирующим хладагентом и повышения эффективности теплопередачи.

В то время как в обычных холодных пластинах часто используются ребра простой формы, такие как прямоугольники или конусы, разработанные здесь ребра имеют неровные края и заостренные кончики для увеличения площади поверхности.

Исследователи использовали метод, называемый оптимизацией топологии, для разработки более эффективных форм, передающих тепло. Этот метод начинается с базового прямоугольника, а затем использует математический алгоритм для изменения его формы посредством нескольких итераций.

Его охлаждающие свойства и количество энергии, необходимое для проталкивания жидкости через него, рассчитываются каждый раз и оттачиваются путем виртуальных проб и ошибок.

Этот метод помогает решить проблему теплогидравлического компромисса. Улучшенные ребра уменьшают перепад давления, уменьшая мощность, необходимую для прокачки охлаждающей жидкости через конструкцию.

«Оптимизация топологии в конечном итоге приводит к созданию конструкции, оптимальной с точки зрения максимизации тепловых характеристик и минимизации мощности накачки», — объясняет Ненад Милькович, инженер-механик из UIUC.

Однако эта конструкция создает еще одну проблему: ребра сложной формы труднее изготовить. Точно так же многофункциональная металлическая медь обладает хорошей теплопроводностью, но не особенно хорошо подходит для таких методов изготовления, как традиционная 3D-печать.

В результате предыдущие конструкции холодных пластин были изготовлены из алюминиевого сплава или нержавеющей стали, которые обладают менее благоприятными тепловыми свойствами.

В поисках решения исследователи в партнерстве с производственной фирмой Fabric8Labs из Сан-Диего создали медные холодные пластины с использованием новой технологии, называемой электрохимическим аддитивным производством. (ECAM).

В отличие от субтрактивного производства, при котором материалы измельчаются до желаемой формы, аддитивное производство (например, 3D-печать) создает их путем наложения последовательных слоев материала.

Вместо плавления меди в ECAM используется электрохимическое покрытие для создания медных пластин слой за слоем.

«ECAM может производить детали из чистой меди с очень мелкими деталями – до 30–50 микрометров, что меньше ширины листа. человеческие волосы», — говорит Милькович.

Полученные в результате пластины из чистой меди с их заостренными зубчатыми ребрами обеспечивают решение двух важных проблем, упомянутых выше, говорят исследователи.

Во-первых, они могут обеспечить на 32 процента лучшее охлаждение, чем обычные пластины с простыми прямоугольными ребрами. Во-вторых, они могут снизить падение давления до 68 процентов, обеспечивая тот же уровень охлаждения.

Исследователи также подсчитали, что внедрение этой технологии холодных пластин во весь центр обработки данных нового поколения с высокой плотностью размещения может сократить затраты на охлаждение всего до 1,1 процента от общего энергопотребления.

Для сравнения, на традиционные методы воздушного охлаждения в настоящее время приходится около 30 процентов энергопотребления центра обработки данных.

По теме: Новое Исследование показывает, что «3D» компьютерные чипы могут расширить действие закона Мура.

Будущее использование не обязательно должно ограничиваться центрами обработки данных или даже электронными приложениями: «Наш рабочий процесс можно применить к широкому спектру задач охлаждения в различных масштабах», — заключает Базми.

Это исследование было опубликовано в журнале Cell Reports Physical Science.