Microchannel Chip Cooling Technology taikymas skysčio aušinimo tirpale
Skystinis aušinimas yra duomenų centrų ateitis. Oras negali atlaikyti galios tankio, kuris pasiekia duomenų salę, todėl į jungtį teka tankus skystis, turintis didelę šiluminę talpą. Didėjant IT įrangos šilumos tankiui, skystis tampa arčiau jo. Bet kaip toli skysčiai gali priartėti? Plačiai priimta eksploatuoti vandens cirkuliacijos sistemą per užpakalines duomenų centro spintelių duris. Tada sistema nuolat cirkuliuoja vandenį į šaltą plokštę ant ypač karštų komponentų, tokių kaip GPU arba CPU. Be to, panardinimo sistema nuleidžia visą stovą į dielektrinį skystį, todėl aušinimo skystis gali liestis su kiekviena sistemos dalimi. Pagrindiniai tiekėjai dabar siūlo serverius, optimizuotus panardinimui.
1981 m. mokslininkai Davidas Tuckermanas ir RF Pease'as iš Stanfordo universiteto pasiūlė išgraviruoti mažyčius „mikrokanalus“ į aušintuvus, kad veiksmingiau pašalintų šilumą. Maži kanalai turi didesnį paviršiaus plotą ir gali efektyviau pašalinti šilumą. Jie teigia, kad šilumnešiai gali tapti VLSI lustų komponentu, o jų demonstravimas rodo, kad mikrokanaliniai aušintuvai gali palaikyti įspūdingą 800 W vienam kvadratiniam metrui šilumos srautą.
Tobulėjant puslaidininkių gamybai ir jai patekus į trimates struktūras, integruoto aušinimo ir apdorojimo idėja tapo praktiškesnė. Nuo devintojo dešimtmečio gamintojai bandė kelis komponentus perdengti ant silicio lustų. Kanalų kūrimas ant daugiasluoksnių silicio lustų gali būti greitas ir optimalus aušinimo būdas, nes jį galima pradėti paprasčiausiai įrengiant mažus griovelius, panašius į aušintuvo pelekus. Tačiau ši idėja nesulaukė daug dėmesio, nes lustų tiekėjai tikisi panaudoti 3D technologiją aktyviems komponentams sukrauti. Šį metodą dabar priima didelio tankio atmintis, o „Nvidia“ patentai rodo, kad jis gali būti skirtas GPU sudėti.
Tyrėjai jau keletą metų dirbo ėsdydami mikrofluidinius kanalus ant silicio lustų paviršiaus. Džordžijos technologijos instituto komanda 2015 m. bendradarbiavo su „Intel“, kad galėtų būti pirmoji, pagaminusi FPGA lustą su integruotu mikrofluidiniu aušinimo sluoksniu, esančiu vos už kelių šimtų mikrometrų nuo tranzistoriaus veikimo su siliciu. „Pašalinome silicio lusto viršuje esantį šilumnešį, atvėsinę skystį tik kelis šimtus mikrometrų atstumu nuo tranzistoriaus“, – pranešime spaudai sakė profesorius Muhannadas Bakiras, Džordžijos technologijos instituto komandos vadovas. Manome, kad mikrofluidinio aušinimo integravimas tiesiogiai ir patikimai į silicį taps trikdančia technologija naujos kartos elektroniniams gaminiams.
Mikroskysčių aušinimo kanalų 3D tinklas suprojektuotas lusto viduje, esantis vos kelis mikrometrus žemiau kiekvieno tranzistorinio įrenginio aktyvios dalies, iš kurios generuojama šiluma. Šis metodas gali pagerinti aušinimo efektyvumą 50 kartų. Mikrokanalai transportuoja skysčius tiesiai į karštuosius taškus ir valdo stulbinantį 1,7 kW galios tankį kvadratiniam centimetrui. Tai atitinka 17 MW vienam kvadratiniam metrui, o tai kelis kartus viršija dabartinį GPU šilumos srautą.
Šilumos išsklaidymo sunkumas reiškia, kad šiandien didžiausi lustai negali naudoti visų tranzistorių vienu metu, kitaip jie perkais. Mikrofluidikų taikymas gali pagerinti lusto veikimą ir efektyvumą. Duomenų centrus galima eksploatuoti efektyviau, nereikia daug energijos naudojančių šaldymo sistemų.
