Технологія мікроканального охолодження чіпа
Рідинне охолодження - це майбутнє центрів обробки даних. Повітря не може впоратися з щільністю потужності, яка досягає залу даних, тому щільна рідина з високою теплоємністю надходить у з’єднання. Зі збільшенням щільності тепла IT-обладнання рідина стає ближче до нього. Але як далеко можуть наблизитися рідини? Широко прийнято керувати системою циркуляції води через задні двері шаф центру обробки даних. Далі система продовжує циркулювати воду до холодної плати на особливо гарячих компонентах, таких як графічні чи центральні процесори. Крім того, система занурення занурює всю стійку в діелектричну рідину, тому охолоджуюча рідина може контактувати з кожною частиною системи. Зараз основні постачальники пропонують сервери, оптимізовані для занурення.
У 1981 році дослідники Девід Такерман і Р. Ф. Піз зі Стенфордського університету запропонували врізати крихітні «мікроканали» в радіатори для більш ефективного відведення тепла. Малі канали мають більшу площу поверхні і можуть більш ефективно відводити тепло. Вони припускають, що радіатори можуть стати компонентом мікросхем НВІС, і їхня демонстрація демонструє, що мікроканальні радіатори можуть підтримувати вражаючий тепловий потік у 800 Вт на квадратний метр.
З розвитком виробництва напівпровідників і його впровадженням у тривимірні структури ідея інтегрованого охолодження та обробки стала більш практичною. Починаючи з 1980-х років, виробники намагалися накласти кілька компонентів на кремнієві чіпи. Створення каналів поверх багатошарових кремнієвих чіпів може бути швидким і оптимальним методом охолодження, оскільки воно може початися з простого впровадження невеликих канавок, схожих на ребра на радіаторі. Але ця ідея не привернула особливої уваги, оскільки постачальники мікросхем сподіваються використовувати 3D-технологію для укладання активних компонентів. Зараз цей метод прийнятий для пам’яті високої щільності, а патенти Nvidia вказують на те, що він може бути призначений для стека графічних процесорів.
Дослідники працювали над травленням мікрофлюїдних каналів на поверхні кремнієвих чіпів протягом кількох років. Команда з Технологічного інституту Джорджії співпрацювала з Intel у 2015 році, щоб потенційно першою виготовити мікросхему FPGA з інтегрованим шаром мікрофлюідного охолодження, розташованим лише за кілька сотень мікрометрів від місця, де транзистор працює на кремнії. «Ми усунули радіатор у верхній частині кремнієвого чіпа, охолодивши рідину лише на відстані кількох сотень мікрометрів від транзистора», — сказав у прес-релізі професор Муханнад Бакір, керівник групи з Технологічного інституту Джорджії. Ми віримо, що інтеграція мікрофлюїдного охолодження безпосередньо та надійно в кремній стане революційною технологією для наступного покоління електронних продуктів.
Тривимірна мережа каналів мікрофлюїдного охолодження була розроблена всередині чіпа, розташованого лише на кілька мікрометрів нижче активної частини кожного транзисторного пристрою, звідки генерується тепло. Цей метод може покращити ефективність охолодження в 50 разів. Мікроканали транспортують рідини безпосередньо до гарячих точок і витримують дивовижну щільність потужності 1,7 кВт на квадратний сантиметр. Це еквівалентно 17 МВт на квадратний метр, що в кілька разів перевищує поточний тепловий потік GPU.
Складність розсіювання тепла означає, що найбільші чіпи сьогодні не можуть використовувати всі транзистори одночасно, інакше вони перегріються. Застосування мікрофлюїдики може покращити продуктивність і ефективність чіпа. Центри обробки даних можуть працювати ефективніше без потреби в енергоємних холодильних системах.
