Tehnologija hlađenja mikrokanalnog čipa
Tečno hlađenje je budućnost data centara. Vazduh ne može da podnese gustinu snage koja dospeva u salu podataka, tako da gusta tečnost visokog toplotnog kapaciteta teče u priključak. Kako se gustina toplote IT opreme povećava, tečnost joj se približava. Ali koliko daleko se tečnosti mogu približiti? Široko je prihvaćeno upravljanje sistemom cirkulacije vode kroz stražnja vrata ormara centra podataka. Zatim, sistem nastavlja da cirkuliše vodu do hladne ploče na posebno vrućim komponentama kao što su GPU ili CPU. Osim toga, sistem za uranjanje potapa cijeli stalak u dielektrični fluid, tako da rashladna tekućina može doći u kontakt sa svakim dijelom sistema. Glavni dobavljači sada nude servere optimizirane za uranjanje.
Godine 1981. istraživači David Tuckerman i RF Pease sa Univerziteta Stanford predložili su urezivanje sićušnih "mikrokanala" u hladnjake radi efikasnijeg uklanjanja topline. Mali kanali imaju veću površinu i mogu efikasnije odvoditi toplotu. Oni sugeriraju da hladnjaci mogu postati komponenta VLSI čipova, a njihova demonstracija pokazuje da mikrokanalni hladnjaci mogu podržati impresivan toplotni tok od 800 W po kvadratnom metru.
Sa razvojem proizvodnje poluprovodnika i njenim ulaskom u trodimenzionalne strukture, ideja integrisanog hlađenja i obrade postala je praktičnija. Počevši od 1980-ih, proizvođači su pokušali da prelože više komponenti na silikonske čipove. Kreiranje kanala na višeslojnim silikonskim čipovima može biti brza i optimalna metoda za hlađenje, jer može početi jednostavnim uvođenjem malih žljebova sličnih perajima na hladnjaku. Ali ova ideja nije dobila veliku pažnju jer se dobavljači čipova nadaju da će koristiti 3D tehnologiju za slaganje aktivnih komponenti. Ovaj metod je sada prihvaćen od strane memorije visoke gustine, a Nvidia patenti ukazuju na to da bi mogao biti namijenjen za slaganje GPU-ova.
Istraživači već nekoliko godina rade na urezivanju mikrofluidnih kanala na površinu silicijumskih čipova. Tim sa Tehnološkog instituta Džordžije sarađivao je sa Intelom 2015. godine kako bi potencijalno bio prvi koji će proizvesti FPGA čip sa integrisanim mikrofluidnim slojem za hlađenje, koji se nalazi samo nekoliko stotina mikrometara od mesta gde tranzistor radi na silicijumu. "Uklonili smo hladnjak na vrhu silikonskog čipa tako što smo tečnost ohladili samo nekoliko stotina mikrometara od tranzistora", rekao je profesor Muhannad Bakir, vođa tima na Tehnološkom institutu Džordžije, u saopštenju za javnost. Vjerujemo da će integracija mikrofluidnog hlađenja direktno i pouzdano u silicijum postati disruptivna tehnologija za sljedeću generaciju elektroničkih proizvoda.
Unutar čipa je dizajnirana 3D mreža mikrofluidnih kanala za hlađenje, smještena samo nekoliko mikrometara ispod aktivnog dijela svakog tranzistorskog uređaja, odakle se stvara toplina. Ova metoda može poboljšati performanse hlađenja za 50 puta. Mikrokanali transportuju tečnosti direktno do vrućih tačaka i rukuju zadivljujućom gustinom snage od 1,7 kW po kvadratnom centimetru. Ovo je ekvivalentno 17MW po kvadratnom metru, što je nekoliko puta više od trenutnog toplotnog fluksa GPU-a.
Teškoća odvođenja topline znači da najveći čipovi danas ne mogu koristiti sve tranzistore odjednom, inače će se pregrijati. Primjena mikrofluidike može poboljšati performanse i efikasnost čipa. Moguće je efikasnije upravljati podatkovnim centrima bez potrebe za energetski intenzivnim rashladnim sistemima.
