Microchannel Chip Cooling Technology pielietojums šķidruma dzesēšanas šķīdumā
Šķidruma dzesēšana ir datu centru nākotne. Gaiss nevar izturēt jaudas blīvumu, kas sasniedz datu zāli, tāpēc savienojumā ieplūst blīvs šķidrums ar augstu siltuma jaudu. Palielinoties IT iekārtu siltuma blīvumam, šķidrums tam kļūst tuvāks. Bet cik tālu šķidrumi var pietuvoties? Ir plaši pieņemts darbināt ūdens cirkulācijas sistēmu caur datu centra skapju aizmugurējām durvīm. Pēc tam sistēma turpina cirkulēt ūdeni uz auksto paneli uz īpaši karstiem komponentiem, piemēram, GPU vai CPU. Turklāt iegremdēšanas sistēma iegremdē visu statīvu dielektriskajā šķidrumā, tāpēc dzesēšanas šķidrums var nonākt saskarē ar katru sistēmas daļu. Tagad galvenie piegādātāji piedāvā iegremdēšanai optimizētus serverus.
1981. gadā pētnieki Deivids Takermens un RF Pease no Stenfordas universitātes ierosināja iegravēt sīkus "mikrokanālus" siltuma izlietnēs, lai efektīvāk noņemtu siltumu. Maziem kanāliem ir lielāks virsmas laukums, un tie var efektīvāk noņemt siltumu. Viņi liek domāt, ka siltuma izlietnes var kļūt par VLSI mikroshēmu sastāvdaļu, un to demonstrācija parāda, ka mikrokanālu siltuma izlietnes var atbalstīt iespaidīgu siltuma plūsmu 800 W uz kvadrātmetru.
Attīstoties pusvadītāju ražošanai un tās ienākšanai trīsdimensiju struktūrās, ideja par integrētu dzesēšanu un apstrādi ir kļuvusi praktiskāka. Sākot ar 1980. gadiem, ražotāji mēģināja pārklāt vairākus komponentus uz silīcija mikroshēmām. Kanālu izveidošana virs daudzslāņu silīcija mikroshēmām var būt ātra un optimāla dzesēšanas metode, jo to var sākt, vienkārši ieviešot mazas rievas, kas līdzīgas spurām uz siltuma izlietnes. Taču šai idejai nav pievērsta liela uzmanība, jo mikroshēmu piegādātāji cer izmantot 3D tehnoloģiju, lai sakrautu aktīvos komponentus. Šo metodi tagad pieņem augsta blīvuma atmiņa, un Nvidia patenti norāda, ka tā var būt paredzēta GPU sakraušanai.
Pētnieki vairākus gadus ir strādājuši pie mikrofluidisko kanālu kodināšanas uz silīcija mikroshēmu virsmas. Džordžijas Tehnoloģiju institūta komanda 2015. gadā sadarbojās ar Intel, lai potenciāli būtu pirmā, kas izgatavoja FPGA mikroshēmu ar integrētu mikrofluidisko dzesēšanas slāni, kas atrodas tikai dažus simtus mikrometru attālumā no vietas, kur tranzistors darbojas uz silīcija. "Mēs likvidējām silīcija mikroshēmas augšpusē esošo siltuma izlietni, atdzesējot šķidrumu tikai dažus simtus mikrometru attālumā no tranzistora," paziņojumā presei sacīja Džordžijas Tehnoloģiju institūta grupas vadītājs profesors Muhanads Bakirs. Mēs uzskatām, ka mikrofluidiskās dzesēšanas tieša un uzticama integrēšana silīcijā kļūs par traucējošu tehnoloģiju nākamās paaudzes elektroniskajiem izstrādājumiem.
Mikrofluidisko dzesēšanas kanālu 3D tīkls ir izveidots mikroshēmas iekšpusē, kas atrodas tikai dažus mikrometrus zem katras tranzistora ierīces aktīvās daļas, no kuras tiek ģenerēts siltums. Šī metode var uzlabot dzesēšanas veiktspēju 50 reizes. Mikrokanāli transportē šķidrumus tieši uz karstajiem punktiem un nodrošina pārsteidzošu jaudas blīvumu 1,7 kW uz kvadrātcentimetru. Tas ir līdzvērtīgs 17MW uz kvadrātmetru, kas vairākas reizes pārsniedz pašreizējo GPU siltuma plūsmu.
Siltuma izkliedes grūtības nozīmē, ka mūsdienās lielākās mikroshēmas nevar izmantot visus tranzistorus vienlaikus, pretējā gadījumā tie pārkarst. Mikrofluidikas pielietošana var uzlabot mikroshēmas veiktspēju un efektivitāti. Ir iespējams efektīvāk darbināt datu centrus, neizmantojot energoietilpīgas saldēšanas sistēmas.
