Инженеры разработали метод снижения энергозатрат дата-центров

Специалисты создали инновационную систему охлаждения для компьютерных чипов, использующую пластины из чистой меди. Это решение нацелено на снижение энергопотребления в дата-центрах, где растущий спрос на искусственный интеллект и облачные сервисы приводит к увеличению потребления энергии. Большая часть энергии в таких центрах расходуется не только на вычислительные процессы, но и на охлаждение и вспомогательное оборудование. Об этом сообщает издание Science XXI.

Воздушное охлаждение, применяемое в течение последних пятидесяти лет, уже не справляется с увеличивающейся мощностью современных процессоров и выделяемым ими теплом. Для предотвращения перегрева более эффективным решением может стать использование жидкого хладагента. Разработка была выполнена командой из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне совместно с компанией Fabric8Labs.

Новая медная пластина устанавливается непосредственно на чип и имеет специальные выступы, которые увеличивают площадь контакта с охлаждающей жидкостью. Эти элементы имеют заостренную форму с неровными краями, что отличает их от традиционных прямоугольных или конических ребер. Конструкция была создана с использованием топологической оптимизации, где алгоритм многократно изменяет геометрию и анализирует эффективность отвода тепла.

Такой подход позволяет одновременно повысить эффективность охлаждения и уменьшить потребление энергии для прокачки жидкости. Однако сложная форма ребер затрудняет массовое производство, а чистая медь не подходит для стандартной 3D-печати. Для создания деталей ученые применили электрохимическое послойное производство, в ходе которого медь наращивается методом электрохимического осаждения.

По оценкам авторов, медные пластины с заостренными ребрами могут охлаждать чипы на 32% эффективнее, чем традиционные решения с прямоугольными выступами. При этом уровень охлаждения остается прежним, а падение давления в системе может сократиться до 68%. Исследователи также полагают, что в дата-центрах с высокой плотностью такая технология может снизить затраты на охлаждение до 1,1% от общего потребления энергии.

Для сравнения, в обычных дата-центрах воздушное охлаждение сейчас занимает около 30% от общего энергопотребления. Авторы подчеркивают, что предложенный метод может быть применен не только в вычислительных комплексах и электронике. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Reports Physical Science.