Mikrokanavasirun jäähdytystekniikka
Nestejäähdytys on datakeskusten tulevaisuus. Ilma ei kestä datahalliin tulevaa tehotiheyttä, joten liitäntään virtaa tiheää nestettä, jolla on korkea lämpökapasiteetti. IT-laitteiden lämpötiheyden kasvaessa neste tulee lähemmäksi sitä. Mutta kuinka pitkälle nesteet voivat päästä lähelle? On laajalti hyväksyttyä käyttää vedenkiertojärjestelmää datakeskuskaappien takaoven kautta. Seuraavaksi järjestelmä jatkaa veden kiertoa kylmälevylle erityisen kuumissa komponenteissa, kuten GPU:ssa tai CPU:ssa. Lisäksi upotusjärjestelmä upottaa koko telineen dielektriseen nesteeseen, jolloin jäähdytysneste voi joutua kosketuksiin järjestelmän kaikkien osien kanssa. Tärkeimmät toimittajat tarjoavat nyt upotuskäyttöön optimoituja palvelimia.
Vuonna 1981 tutkijat David Tuckerman ja RF Pease Stanfordin yliopistosta ehdottivat pienten "mikrokanavien" syövyttämistä jäähdytyslevyihin lämmön poistamiseksi tehokkaammin. Pienillä kanavilla on suurempi pinta-ala ja ne voivat poistaa lämpöä tehokkaammin. He ehdottavat, että jäähdytyselementeistä voi tulla VLSI-sirujen osa, ja niiden esittely osoittaa, että mikrokanavajäähdytyselementit voivat tukea vaikuttavaa 800 W:n lämpövirtaa neliömetriä kohti.
Puolijohdevalmistuksen kehittyessä ja sen tullessa kolmiulotteisiin rakenteisiin ajatus integroidusta jäähdytyksestä ja prosessoinnista on tullut käytännöllisemmäksi. 1980-luvulta lähtien valmistajat yrittivät peittää useita komponentteja piisirujen päälle. Kanavien luominen monikerroksisten piisirujen päälle voi olla nopea ja optimaalinen tapa jäähdyttämiseen, sillä se voi alkaa yksinkertaisesti asentamalla jäähdytyselementtiin pieniä ripojen kaltaisia uria. Mutta tämä ajatus ei ole saanut paljon huomiota, koska sirutoimittajat toivovat voivansa käyttää 3D-tekniikkaa aktiivisten komponenttien pinoamiseen. Tämän menetelmän hyväksyy nyt suuritiheyksinen muisti, ja Nvidian patentit osoittavat, että se voi olla tarkoitettu GPU:iden pinoamiseen.
Tutkijat ovat työstäneet mikrofluidikanavien etsausta piisirujen pinnalle useiden vuosien ajan. Georgia Institute of Technologyn tiimi teki yhteistyötä Intelin kanssa vuonna 2015 valmistaakseen potentiaalisesti ensimmäisenä FPGA-sirun, jossa on integroitu mikrofluidinen jäähdytyskerros, joka sijaitsee vain muutaman sadan mikrometrin etäisyydellä siitä, missä transistori toimii piillä. "Poistimme piisirun päällä olevan jäähdytyselementin jäähdyttämällä nestettä vain muutaman sadan mikrometrin päähän transistorista", sanoi professori Muhannad Bakir, Georgia Institute of Technologyn ryhmän johtaja lehdistötiedotteessa. Uskomme, että mikrofluidijäähdytyksen integroimisesta suoraan ja luotettavasti piihin tulee häiritsevä tekniikka seuraavan sukupolven elektroniikkatuotteille.
Sirun sisään on suunniteltu mikrofluidisten jäähdytyskanavien 3D-verkko, joka sijaitsee vain muutaman mikrometrin kunkin transistorilaitteen aktiivisen osan alapuolella, josta lämpöä syntyy. Tämä menetelmä voi parantaa jäähdytystehoa 50 kertaa. Mikrokanavat kuljettavat nesteitä suoraan hotspoteihin ja käsittelevät hämmästyttävän tehotiheyden 1,7 kW neliösenttimetriä kohti. Tämä vastaa 17 MW neliömetriä kohden, mikä on useita kertoja nykyiseen GPU-lämpövirtaan.
Lämmönpoiston vaikeus tarkoittaa, että suurimmat sirut eivät voi käyttää kaikkia transistoreita kerralla, muuten ne ylikuumenevat. Mikrofluidiikan käyttö voi parantaa sirun suorituskykyä ja tehokkuutta. Palvelinkeskuksia voidaan käyttää tehokkaammin ilman energiaintensiivisiä jäähdytysjärjestelmiä.
