Mikrocsatornás chip hűtési technológia
A folyadékhűtés az adatközpontok jövője. A levegő nem tudja kezelni az adatcsarnokot elérő teljesítménysűrűséget, ezért sűrű, nagy hőkapacitású folyadék áramlik a csatlakozásba. Az informatikai berendezések hősűrűségének növekedésével a folyadék egyre közelebb kerül hozzá. De meddig juthatnak közel a folyadékok? Széles körben elfogadott, hogy a vízkeringtető rendszert az adatközponti szekrények hátsó ajtaján keresztül üzemeltetik. Ezután a rendszer folyamatosan vizet keringet a hideg táblához a különösen forró alkatrészeken, például a GPU-kon vagy a CPU-kon. Ezenkívül a merülőrendszer a teljes állványt a dielektromos folyadékba süllyeszti, így a hűtőfolyadék a rendszer minden részével érintkezhet. A fő beszállítók ma már merítésre optimalizált szervereket kínálnak.
1981-ben David Tuckerman és RF Pease, a Stanford Egyetem kutatói azt javasolták, hogy apró "mikrocsatornákat" marssanak hűtőbordákba a hő hatékonyabb eltávolítása érdekében. A kis csatornák nagyobb felülettel rendelkeznek, és hatékonyabban távolítják el a hőt. Azt sugallják, hogy a hűtőbordák a VLSI chipek részévé válhatnak, és demonstrációjuk azt mutatja, hogy a mikrocsatornás hűtőbordák lenyűgöző, négyzetméterenként 800 W hőáramot képesek fenntartani.
A félvezetőgyártás fejlődésével és a háromdimenziós szerkezetekbe való bekerülésével az integrált hűtés és feldolgozás gondolata gyakorlatiasabbá vált. Az 1980-as évektől kezdődően a gyártók több komponenst is megpróbáltak szilícium chipekre helyezni. A többrétegű szilícium chipek tetején csatornák létrehozása gyors és optimális módszer lehet a hűtésre, mivel egyszerűen a hűtőbordák bordáihoz hasonló kis hornyok elhelyezésével kezdődik. Ez az ötlet azonban nem kapott nagy figyelmet, mert a chip-beszállítók azt remélik, hogy 3D technológiát fognak használni az aktív komponensek egymásra helyezésére. Ezt a módszert ma már elfogadja a nagy sűrűségű memória, és az Nvidia szabadalmak azt jelzik, hogy GPU-k egymásra helyezésére szolgálhat.
A kutatók évek óta dolgoznak azon, hogy mikrofluidikus csatornákat marjanak a szilícium chipek felületére. A Georgia Institute of Technology csapata 2015-ben együttműködött az Intellel, hogy potenciálisan elsőként gyártsanak be integrált mikrofluidikus hűtőréteggel ellátott FPGA chipet, amely csak néhány száz mikrométerre található a tranzisztor szilícium alapú működésétől. "A szilícium chip tetején lévő hűtőbordát megszüntettük azáltal, hogy a folyadékot a tranzisztortól mindössze néhány száz mikrométerre hűtöttük le" - mondta Muhannad Bakir professzor, a Georgia Institute of Technology csoportvezetője egy sajtóközleményben. Hiszünk abban, hogy a mikrofluidikus hűtés szilíciumba való közvetlen és megbízható integrálása az elektronikai termékek következő generációjának bomlasztó technológiája lesz.
A chip belsejében mikrofluidikus hűtőcsatornák 3D hálózatát alakították ki, amely mindössze néhány mikrométerrel az egyes tranzisztoros eszközök aktív része alatt helyezkedik el, ahonnan hő keletkezik. Ezzel a módszerrel 50-szer javítható a hűtési teljesítmény. A mikrocsatornák közvetlenül a hotspotokba szállítják a folyadékokat, és elképesztő, 1,7 kW/négyzetcentiméter teljesítménysűrűséggel rendelkeznek. Ez négyzetméterenként 17 MW-nak felel meg, ami többszöröse a jelenlegi GPU hőáramnak.
A hőleadás nehézsége azt jelenti, hogy a legnagyobb chipek ma nem tudják használni az összes tranzisztort egyszerre, különben túlmelegednek. A mikrofluidika alkalmazása javíthatja a chip teljesítményét és hatékonyságát. Lehetőség van az adatközpontok hatékonyabb üzemeltetésére energiaigényes hűtőrendszerek nélkül.
