Tecnologia di raffreddamento del chip a microcanali
Il raffreddamento a liquido è il futuro dei data center. L'aria non può sopportare la densità di potenza che raggiunge la sala dati, quindi nel collegamento scorre un fluido denso con elevata capacità termica. All'aumentare della densità del calore delle apparecchiature IT, il liquido si avvicina ad essa. Ma quanto lontano possono avvicinarsi i liquidi? È ampiamente accettato il funzionamento di un sistema di circolazione dell'acqua attraverso la porta sul retro degli armadietti del data center. Successivamente, il sistema continua a far circolare l'acqua verso la scheda fredda su componenti particolarmente caldi come GPU o CPU. Inoltre, il sistema ad immersione immerge l'intero rack nel fluido dielettrico, in modo che il liquido refrigerante possa entrare in contatto con ogni parte del sistema. I principali fornitori offrono ora server ottimizzati per l'immersione.
Nel 1981, i ricercatori David Tuckerman e RF Pease dell'Università di Stanford proposero di incidere minuscoli "microcanali" nei dissipatori di calore per rimuovere il calore in modo più efficace. I canali piccoli hanno una superficie maggiore e possono rimuovere il calore in modo più efficace. Suggeriscono che i dissipatori di calore possano diventare un componente dei chip VLSI e la loro dimostrazione dimostra che i dissipatori di calore a microcanali possono supportare un flusso di calore impressionante di 800 W per metro quadrato.
Con lo sviluppo della produzione di semiconduttori e il suo ingresso nelle strutture tridimensionali, l’idea di raffreddamento e lavorazione integrati è diventata più pratica. A partire dagli anni '80, i produttori hanno tentato di sovrapporre più componenti su chip di silicio. La creazione di canali sopra i chip di silicio multistrato può essere un metodo veloce e ottimale per il raffreddamento, poiché può iniziare semplicemente implementando piccole scanalature simili ad alette su un dissipatore di calore. Ma questa idea non ha ricevuto molta attenzione perché i fornitori di chip sperano di utilizzare la tecnologia 3D per impilare i componenti attivi. Questo metodo è ora accettato dalla memoria ad alta densità e i brevetti Nvidia indicano che potrebbe essere destinato a impilare le GPU.
I ricercatori lavorano da diversi anni all'incisione di canali microfluidici sulla superficie dei chip di silicio. Un team del Georgia Institute of Technology ha collaborato con Intel nel 2015 per essere potenzialmente il primo a produrre un chip FPGA con uno strato di raffreddamento microfluidico integrato, situato a poche centinaia di micrometri di distanza dal punto in cui funziona il transistor sul silicio. "Abbiamo eliminato il dissipatore di calore sulla parte superiore del chip di silicio raffreddando il liquido a poche centinaia di micrometri di distanza dal transistor", ha affermato in un comunicato stampa il professor Muhannad Bakir, team leader del Georgia Institute of Technology. Riteniamo che l’integrazione diretta e affidabile del raffreddamento microfluidico nel silicio diventerà una tecnologia dirompente per la prossima generazione di prodotti elettronici.
All'interno del chip è stata progettata una rete 3D di canali di raffreddamento microfluidici, posizionati pochi micrometri sotto la parte attiva di ciascun dispositivo a transistor, da dove viene generato il calore. Questo metodo può migliorare le prestazioni di raffreddamento di 50 volte. I microcanali trasportano i fluidi direttamente agli hotspot e gestiscono una sorprendente densità di potenza di 1,7 kW per centimetro quadrato. Ciò equivale a 17 MW per metro quadrato, che è molte volte l’attuale flusso di calore della GPU.
La difficoltà di dissipazione del calore fa sì che i chip più grandi oggi non possano utilizzare tutti i transistor contemporaneamente, altrimenti si surriscalderebbero. L'applicazione della microfluidica può migliorare le prestazioni e l'efficienza dei chip. È possibile gestire i data center in modo più efficiente senza la necessità di sistemi di refrigerazione ad alto consumo energetico.
