Aplicació de la tecnologia de refrigeració de xips de microcanal en solució de refrigeració líquida
La refrigeració líquida és el futur dels centres de dades. L'aire no pot gestionar la densitat de potència que arriba a la sala de dades, de manera que un fluid dens amb una gran capacitat tèrmica flueix a la connexió. A mesura que augmenta la densitat de calor dels equips informàtics, el líquid s'hi acosta. Però fins a quin punt es poden acostar els líquids? És àmpliament acceptat operar un sistema de circulació d'aigua a través de la porta posterior dels armaris del centre de dades. A continuació, el sistema segueix circulant aigua a la placa freda en components especialment calents com ara les GPU o les CPU. A més, el sistema d'immersió enfonsa tot el bastidor en el fluid dielèctric, de manera que el refrigerant pot entrar en contacte amb totes les parts del sistema. Els principals proveïdors ofereixen ara servidors optimitzats per a la immersió.
El 1981, els investigadors David Tuckerman i RF Pease de la Universitat de Stanford van proposar gravar petits "microcanals" als dissipadors de calor per eliminar la calor de manera més eficaç. Els canals petits tenen una superfície més gran i poden eliminar la calor de manera més eficaç. Suggereixen que els dissipadors de calor poden convertir-se en un component dels xips VLSI, i la seva demostració demostra que els dissipadors de calor de microcanal poden suportar un flux de calor impressionant de 800 W per metre quadrat.
Amb el desenvolupament de la fabricació de semiconductors i la seva entrada en estructures tridimensionals, la idea de refrigeració i processament integrat s'ha tornat més pràctica. A partir de la dècada de 1980, els fabricants van intentar superposar diversos components als xips de silici. La creació de canals a la part superior de xips de silici multicapa pot ser un mètode ràpid i òptim per a la refrigeració, ja que pot començar simplement implementant petites ranures similars a les aletes en un dissipador de calor. Però aquesta idea no ha rebut gaire atenció perquè els proveïdors de xips esperen utilitzar la tecnologia 3D per apilar components actius. Aquest mètode ara és acceptat per la memòria d'alta densitat, i les patents de Nvidia indiquen que pot estar pensat per apilar GPU.
Els investigadors han estat treballant en gravar canals microfluídics a la superfície de xips de silici durant diversos anys. Un equip de l'Institut de Tecnologia de Geòrgia va col·laborar amb Intel el 2015 per ser potencialment el primer a fabricar un xip FPGA amb una capa de refrigeració microfluídica integrada, situat a només uns centenars de micròmetres d'on el transistor funciona amb silici. "Hem eliminat el dissipador de calor a la part superior del xip de silici refredant el líquid a només uns centenars de micròmetres de distància del transistor", va dir el professor Muhannad Bakir, líder de l'equip de l'Institut Tecnològic de Geòrgia, en un comunicat de premsa. Creiem que la integració directa i fiable del refredament microfluídic al silici es convertirà en una tecnologia disruptiva per a la propera generació de productes electrònics.
S'ha dissenyat una xarxa 3D de canals de refrigeració microfluídics dins del xip, situat a pocs micròmetres per sota de la part activa de cada dispositiu transistor, des d'on es genera calor. Aquest mètode pot millorar el rendiment de refrigeració 50 vegades. Els microcanals transporten fluids directament als punts calents i gestionen una sorprenent densitat de potència d'1,7 kW per centímetre quadrat. Això equival a 17 MW per metre quadrat, que és diverses vegades el flux de calor actual de la GPU.
La dificultat de la dissipació de la calor fa que els xips més grans actuals no puguin utilitzar tots els transistors alhora, en cas contrari es sobreescalfaran. L'aplicació de microfluídica pot millorar el rendiment i l'eficiència del xip. És possible operar els centres de dades de manera més eficient sense la necessitat de sistemes de refrigeració que consumeixen molta energia.
