Является ли охлаждение чипа решением проблемы охлаждения центров обработки данных?

Dec 02, 2023

Сони Браун | 29 августа 2023 г.

Центры обработки данных печально известны своим высоким энергопотреблением: на охлаждающее оборудование приходится почти 30% общего энергопотребления. Центры обработки данных с тепловой схемой процессора могут генерировать от 20 до 50 МВт. тепла, по словам Хью Хадсона, менеджера по рынку центров обработки данных Daikin Applied, компании по коммерческому охлаждению. В свете этого исследователи изучают методы охлаждения чипов, чтобы снизить энергетическую нагрузку и повысить эффективность центров обработки данных.

Программа COOLERCHIPS Министерства энергетики США недавно предоставила Университету Пердью существенную награду за продвижение его новаторских усилий в разработке более эффективных решений охлаждения для центров обработки данных. Сосредоточив внимание на сокращении энергопотребления и повышении эффективности охлаждения, Purdue стремится произвести революцию в способах охлаждения чипов.

Связанный: Уникальный подход проекта HoMEDUCS к охлаждению модульных центров обработки данных

Экспоненциальный рост центров обработки данных в постоянно растущем цифровом мире привел к значительным инвестициям в исследования, особенно в области охлаждения чипов. Охлаждение микрочипов — основных энергоемких компонентов в центрах обработки данных — само по себе может составлять 40% от общего энергопотребления в центре обработки данных, а потребность в воде как ресурсе охлаждения становится широко распространенной проблемой. В настоящее время организации отдают приоритет сохранению водных ресурсов в рамках своих усилий по обеспечению устойчивого развития.

Ёнсук Чой, директор по стратегии и инфраструктуре компании Empyrion DC, занимающейся платформами цифровой инфраструктуры, говорит, что приложения искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (ML) действительно «формируют индустрию центров обработки данных».

По теме: Устойчивость центров обработки данных в 2023 году: главные новости на данный момент

«Такой рост вычислительной мощности высокой мощности привел к резкому увеличению плотности стоек на 200% до 20–30 кВт. на стойку сегодня», — сказал Чой в интервью Data Center Knowledge. «И здесь на помощь приходит охлаждение микрочипа. По сравнению с обычным воздушным охлаждением, которое требует охлаждения всего сервиса, охлаждение микрочипа гораздо более целенаправленно и направлено на прямой источник тепла на чипе. уровне, обеспечивая более быстрое охлаждение при меньшем потреблении энергии. Мы прогнозируем более широкое внедрение охлаждения микрочипов операторами центров обработки данных».

Чтобы решить эти проблемы и изучить новые подходы к охлаждению чипов, Министерство энергетики запустило программу Агентства перспективных исследовательских проектов в энергетике (ARPA-E) «Операции по охлаждению, оптимизированные для скачков в энергетике, надежности и углеродной сверхэффективности для систем обработки информации» — или COOLERCHIPS. Целью этой программы является содействие развитию технологий охлаждения посредством сотрудничества между научными кругами, промышленностью и государственными национальными лабораториями.

В мае программа COOLERCHIPS выделила 40 миллионов долларов на поддержку исследований в этой области с целью снизить воздействие центров обработки данных на окружающую среду за счет разработки «высокоэффективных и надежных технологий охлаждения».

Университет Пердью, получатель гранта в размере 1,8 миллиона долларов по программе COOLERCHIPS, находится в авангарде разработки инновационных решений для охлаждения чипов. Исследования университета выходят за рамки охлаждения полупроводниковых микрочипов и корпусов и направлены на оптимизацию теплопередачи между компонентами центров обработки данных. За счет повышения тепловых характеристик и снижения мощности накачки цель Purdue — произвести революцию в способах охлаждения центров обработки данных.

По словам Тивея Вэя, доцента кафедры машиностроения и ведущего главного исследователя проекта, команда Purdue рассматривала более «агрессивные технологии», чем те, которые используются.

Одно из ключевых направлений исследований Университета Пердью связано с двухфазным струйным охлаждением. В этом подходе используются микроканалы, заполненные жидкостью, встроенные непосредственно в корпус микрочипа. Поскольку чип генерирует тепло, жидкость кипит, а образующиеся пары уносят тепло от чипа. Затем пар конденсируется и рециркулирует в чип, обеспечивая пассивное охлаждение без необходимости использования насоса.