Aplikácia Microchannel Chip Cooling Technology v kvapalnom chladiacom roztoku
Kvapalinové chladenie je budúcnosťou dátových centier. Vzduch nezvládne hustotu výkonu, ktorá sa dostane do dátovej sály, takže do spojenia prúdi hustá tekutina s vysokou tepelnou kapacitou. Keď sa hustota tepla IT zariadení zvyšuje, kvapalina sa k nemu približuje. Ale ako ďaleko sa môžu tekutiny priblížiť? Je všeobecne akceptované prevádzkovať systém cirkulácie vody cez zadné dvere skríň dátového centra. Ďalej systém udržiava cirkuláciu vody na studenú dosku na obzvlášť horúcich komponentoch, ako sú GPU alebo CPU. Okrem toho ponorný systém ponorí celý stojan do dielektrickej kvapaliny, takže chladiaca kvapalina môže prísť do kontaktu s každou časťou systému. Hlavní dodávatelia teraz ponúkajú servery optimalizované pre ponorenie.
V roku 1981 výskumníci David Tuckerman a RF Pease zo Stanfordskej univerzity navrhli leptanie malých „mikrokanálov“ do chladičov, aby účinnejšie odvádzali teplo. Malé kanály majú väčšiu plochu a môžu efektívnejšie odvádzať teplo. Naznačujú, že chladiče sa môžu stať súčasťou čipov VLSI a ich demonštrácia ukazuje, že mikrokanálové chladiče môžu podporovať pôsobivý tepelný tok 800 W na meter štvorcový.
S rozvojom výroby polovodičov a ich vstupom do trojrozmerných štruktúr sa myšlienka integrovaného chladenia a spracovania stala praktickejšou. Od 80-tych rokov minulého storočia sa výrobcovia pokúšali prekryť viaceré komponenty na kremíkové čipy. Vytváranie kanálov na viacvrstvových kremíkových čipoch môže byť rýchlym a optimálnym spôsobom chladenia, pretože môže začať jednoduchou implementáciou malých drážok podobných rebrám na chladiči. Tejto myšlienke sa však nevenovala veľká pozornosť, pretože dodávatelia čipov dúfajú, že na stohovanie aktívnych komponentov použijú 3D technológiu. Táto metóda je teraz akceptovaná pamäťou s vysokou hustotou a patenty Nvidia naznačujú, že môže byť určená na stohovanie GPU.
Výskumníci už niekoľko rokov pracujú na leptaní mikrofluidných kanálov na povrch kremíkových čipov. Tím z Georgia Institute of Technology spolupracoval s Intelom v roku 2015, aby potenciálne ako prvý vyrobil čip FPGA s integrovanou mikrofluidnou chladiacou vrstvou, ktorá sa nachádza len niekoľko stoviek mikrometrov od miesta, kde tranzistor pracuje na kremíku. "Odstránili sme chladič na vrchu kremíkového čipu ochladením kvapaliny len niekoľko stoviek mikrometrov od tranzistora," uviedol v tlačovej správe profesor Muhannad Bakir, vedúci tímu z Georgia Institute of Technology. Veríme, že integrácia mikrofluidného chladenia priamo a spoľahlivo do kremíka sa stane prevratnou technológiou pre ďalšiu generáciu elektronických produktov.
Vo vnútri čipu bola navrhnutá 3D sieť mikrofluidných chladiacich kanálov, ktorá sa nachádza len niekoľko mikrometrov pod aktívnou časťou každého tranzistorového zariadenia, odkiaľ sa generuje teplo. Táto metóda môže zlepšiť chladiaci výkon 50-krát. Mikrokanály transportujú tekutiny priamo do hotspotov a zvládajú úžasnú hustotu výkonu 1,7 kW na štvorcový centimeter. To je ekvivalent 17 MW na meter štvorcový, čo je niekoľkonásobok súčasného tepelného toku GPU.
Náročnosť odvádzania tepla spôsobuje, že najväčšie čipy dnes nedokážu využívať všetky tranzistory naraz, inak sa prehrievajú. Aplikácia mikrofluidiky môže zlepšiť výkon a účinnosť čipu. Dátové centrá je možné prevádzkovať efektívnejšie bez potreby energeticky náročných chladiacich systémov.
