Mikrokanalna tehnologija hlajenja čipov
Tekočinsko hlajenje je prihodnost podatkovnih centrov. Zrak ne prenese gostote moči, ki doseže podatkovno dvorano, zato v povezavo teče gosta tekočina z visoko toplotno zmogljivostjo. Ko se toplotna gostota opreme IT poveča, se tekočina približa njej. Toda kako daleč se lahko tekočine približajo? Splošno sprejeto je upravljanje sistema za kroženje vode skozi zadnja vrata omar podatkovnega centra. Nato sistem še naprej kroži vodo do hladne plošče na posebej vročih komponentah, kot so GPU ali CPE. Poleg tega potopni sistem potopi celotno stojalo v dielektrično tekočino, tako da lahko hladilno sredstvo pride v stik z vsakim delom sistema. Glavni dobavitelji zdaj ponujajo strežnike, optimizirane za potopitev.
Leta 1981 sta raziskovalca David Tuckerman in RF Pease z Univerze Stanford predlagala jedkanje drobnih "mikrokanalčkov" v toplotne odvode za učinkovitejše odstranjevanje toplote. Majhni kanali imajo večjo površino in lahko učinkoviteje odvajajo toploto. Predlagajo, da lahko hladilni odvodi postanejo sestavni del čipov VLSI, njihova predstavitev pa dokazuje, da lahko mikrokanalni hladilni odvodi podpirajo impresiven toplotni tok 800 W na kvadratni meter.
Z razvojem proizvodnje polprevodnikov in njenim vstopom v tridimenzionalne strukture je ideja integriranega hlajenja in obdelave postala bolj praktična. Od leta 1980 so proizvajalci poskušali prekriti več komponent na silicijeve čipe. Ustvarjanje kanalov na vrhu večslojnih silicijevih čipov je lahko hitra in optimalna metoda za hlajenje, saj se lahko začne s preprosto izvedbo majhnih utorov, podobnih rebrom na hladilnem telesu. Toda ta ideja ni bila deležna veliko pozornosti, ker dobavitelji čipov upajo, da bodo uporabili 3D tehnologijo za zlaganje aktivnih komponent. To metodo zdaj sprejema pomnilnik visoke gostote, patenti Nvidia pa kažejo, da je morda namenjena zlaganju grafičnih procesorjev.
Raziskovalci že več let delajo na vrezovanju mikrofluidnih kanalov na površino silicijevih čipov. Ekipa iz tehnološkega inštituta Georgia je leta 2015 sodelovala z Intelom, da bi bila potencialno prva, ki bo izdelala čip FPGA z integrirano mikrofluidno hladilno plastjo, ki se nahaja le nekaj sto mikrometrov stran od mesta, kjer tranzistor deluje na siliciju. "Odstranili smo hladilno telo na vrhu silicijevega čipa s hlajenjem tekočine le nekaj sto mikrometrov stran od tranzistorja," je v sporočilu za javnost dejal profesor Muhannad Bakir, vodja ekipe na Georgia Institute of Technology. Verjamemo, da bo neposredna in zanesljiva integracija mikrofluidnega hlajenja v silicij postala prelomna tehnologija za naslednjo generacijo elektronskih izdelkov.
Znotraj čipa je zasnovana 3D mreža mikrofluidnih hladilnih kanalov, ki se nahaja le nekaj mikrometrov pod aktivnim delom vsake tranzistorske naprave, od koder se generira toplota. Ta metoda lahko izboljša učinkovitost hlajenja za 50-krat. Mikrokanali prenašajo tekočine neposredno do vročih točk in prenesejo osupljivo gostoto moči 1,7 kW na kvadratni centimeter. To je enakovredno 17 MW na kvadratni meter, kar je nekajkrat več od trenutnega toplotnega toka GPE.
Težavnost odvajanja toplote pomeni, da današnji največji čipi ne morejo uporabljati vseh tranzistorjev hkrati, sicer se bodo pregrevali. Uporaba mikrofluidike lahko izboljša zmogljivost in učinkovitost čipov. Podatkovne centre je mogoče upravljati učinkoviteje brez potrebe po energetsko intenzivnih hladilnih sistemih.
