Инженеры разработали систему охлаждения компьютерных чипов на основе пластин из чистой меди. Решение предназначено для дата-центров, энергопотребление которых растет вместе со спросом на искусственный интеллект и облачные сервисы. Значительная часть энергии таких объектов уходит не только на вычисления, но и на отвод тепла и вспомогательное оборудование.
Обычное воздушное охлаждение используется для чипов около 50 лет, однако мощности современных процессоров увеличиваются, а выделяемого ими тепла становится больше. Поэтому для предотвращения перегрева более эффективным вариантом может быть циркуляция жидкого хладагента. Разработку выполнили специалисты Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне совместно с американской компанией Fabric8Labs.
Новая медная пластина крепится непосредственно к чипу и имеет выступы, увеличивающие площадь контакта с охлаждающей жидкостью. В отличие от привычных прямоугольных или конических ребер, эти элементы получили заостренную форму с неровными краями. Конструкцию создали с помощью топологической оптимизации, при которой алгоритм многократно меняет исходную геометрию и оценивает эффективность отвода тепла.
Такой подход позволяет одновременно улучшить охлаждение и сократить энергию, необходимую для прокачки жидкости через систему. Однако сложная форма ребер затрудняет производство, а чистая медь плохо подходит для стандартной 3D-печати. Для изготовления деталей ученые применили электрохимическое послойное производство, при котором медь наращивается методом электрохимического осаждения.
По оценке авторов, пластины из чистой меди с заостренными ребрами могут охлаждать чипы до 32% эффективнее традиционных решений с прямоугольными выступами. При сохранении одинакового уровня охлаждения падение давления в системе может сократиться до 68%. Исследователи также считают, что в дата-центре высокой плотности такая технология способна снизить расходы энергии на охлаждение до 1,1% от общего потребления.
Для сравнения, воздушное охлаждение в обычных дата-центрах сейчас может занимать около 30% энергопотребления. Авторы отмечают, что разработанный метод пригоден не только для вычислительных комплексов и электроники. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Reports Physical Science.
