Aplicação da tecnologia Microchannel Chip Cooling em solução de refrigeração líquida
A refrigeração líquida é o futuro dos data centers. O ar não consegue lidar com a densidade de potência que chega ao data hall, então um fluido denso com alta capacidade térmica flui para dentro da conexão. À medida que a densidade térmica do equipamento de TI aumenta, o líquido fica mais próximo dele. Mas até que ponto os líquidos podem chegar perto? É amplamente aceito operar um sistema de circulação de água pela porta traseira dos gabinetes do data center. Em seguida, o sistema continua circulando água para a placa fria em componentes particularmente quentes, como GPUs ou CPUs. Além disso, o sistema de imersão afunda todo o rack no fluido dielétrico, para que o líquido refrigerante possa entrar em contato com todas as partes do sistema. Os principais fornecedores já oferecem servidores otimizados para imersão.
Em 1981, os pesquisadores David Tuckerman e RF Pease, da Universidade de Stanford, propuseram gravar minúsculos “microcanais” em dissipadores de calor para remover o calor de maneira mais eficaz. Canais pequenos têm uma área de superfície maior e podem remover o calor com mais eficácia. Eles sugerem que os dissipadores de calor podem se tornar um componente dos chips VLSI, e sua demonstração demonstra que os dissipadores de calor microcanais podem suportar um fluxo de calor impressionante de 800 W por metro quadrado.
Com o desenvolvimento da fabricação de semicondutores e sua entrada em estruturas tridimensionais, a ideia de resfriamento e processamento integrados tornou-se mais prática. A partir da década de 1980, os fabricantes tentaram sobrepor vários componentes em chips de silício. A criação de canais sobre chips de silício multicamadas pode ser um método rápido e ideal para resfriamento, pois pode começar simplesmente implementando pequenas ranhuras semelhantes a aletas em um dissipador de calor. Mas esta ideia não recebeu muita atenção porque os fornecedores de chips esperam usar a tecnologia 3D para empilhar componentes ativos. Este método agora é aceito por memórias de alta densidade, e as patentes da Nvidia indicam que ele pode ser destinado ao empilhamento de GPUs.
Os pesquisadores têm trabalhado na gravação de canais microfluídicos na superfície de chips de silício há vários anos. Uma equipe do Georgia Institute of Technology colaborou com a Intel em 2015 para ser potencialmente a primeira a fabricar um chip FPGA com uma camada de resfriamento microfluídica integrada, localizada a apenas algumas centenas de micrômetros de onde o transistor funciona no silício. “Eliminamos o dissipador de calor na parte superior do chip de silício, resfriando o líquido a apenas algumas centenas de micrômetros de distância do transistor”, disse o professor Muhannad Bakir, líder da equipe do Instituto de Tecnologia da Geórgia, em um comunicado à imprensa. Acreditamos que a integração direta e confiável do resfriamento microfluídico ao silício se tornará uma tecnologia disruptiva para a próxima geração de produtos eletrônicos.
Uma rede 3D de canais de resfriamento microfluídicos foi projetada dentro do chip, localizada apenas alguns micrômetros abaixo da parte ativa de cada dispositivo transistor, de onde o calor é gerado. Este método pode melhorar o desempenho de resfriamento em 50 vezes. Os microcanais transportam fluidos diretamente para os pontos críticos e lidam com uma surpreendente densidade de potência de 1,7 kW por centímetro quadrado. Isso equivale a 17 MW por metro quadrado, o que é várias vezes o fluxo de calor atual da GPU.
A dificuldade de dissipação de calor significa que os maiores chips atuais não podem usar todos os transistores de uma vez, caso contrário eles superaquecerão. A aplicação de microfluídica pode melhorar o desempenho e a eficiência do chip. É possível operar data centers de forma mais eficiente, sem a necessidade de sistemas de refrigeração com uso intensivo de energia.
