Microchannel Chip Cooling Technology-applikation i flydende køleopløsning

Væskekøling er fremtiden for datacentre. Luften kan ikke klare den effekttæthed, der når datahallen, så en tæt væske med høj termisk kapacitet strømmer ind i forbindelsen. Efterhånden som it-udstyrets varmetæthed stiger, kommer væsken tættere på det. Men hvor langt kan væsker komme tæt på? Det er almindeligt accepteret at betjene et vandcirkulationssystem gennem bagdøren på datacenterskabe. Dernæst fortsætter systemet med at cirkulere vand til det kolde bord på særligt varme komponenter såsom GPU'er eller CPU'er. Derudover synker nedsænkningssystemet hele stativet ned i den dielektriske væske, så kølevæsken kan komme i kontakt med alle dele af systemet. Hovedleverandørerne tilbyder nu servere, der er optimeret til fordybelse.

I 1981 foreslog forskerne David Tuckerman og RF Pease fra Stanford University at ætse små "mikrokanaler" ind i køleplader for mere effektivt at fjerne varme. Små kanaler har et større overfladeareal og kan mere effektivt fjerne varme. De foreslår, at køleplader kan blive en del af VLSI-chips, og deres demonstration viser, at mikrokanalkøleplader kan understøtte en imponerende varmeflux på 800W pr. kvadratmeter.

Med udviklingen af ​​halvlederfremstilling og dens indtræden i tredimensionelle strukturer er ideen om integreret køling og behandling blevet mere praktisk. Fra 1980'erne forsøgte producenterne at overlejre flere komponenter på siliciumchips. At skabe kanaler oven på flerlags siliciumchips kan være en hurtig og optimal metode til afkøling, da det kan starte med blot at implementere små riller svarende til finner på en køleplade. Men denne idé har ikke fået meget opmærksomhed, fordi chipleverandører håber at bruge 3D-teknologi til at stable aktive komponenter. Denne metode er nu accepteret af high-density memory, og Nvidia-patenter indikerer, at det kan være beregnet til at stable GPU'er.

Forskere har arbejdet på at ætse mikrofluidkanaler på overfladen af ​​siliciumchips i flere år. Et team fra Georgia Institute of Technology samarbejdede med Intel i 2015 for potentielt at være de første til at fremstille en FPGA-chip med et integreret mikrofluidisk kølelag, placeret kun et par hundrede mikrometer væk fra hvor transistoren arbejder på silicium. "Vi eliminerede kølepladen på toppen af ​​siliciumchippen ved at afkøle væsken kun et par hundrede mikrometer væk fra transistoren," siger professor Muhannad Bakir, teamleder ved Georgia Institute of Technology, i en pressemeddelelse. Vi tror på, at integration af mikrofluidisk køling direkte og pålideligt i silicium vil blive en forstyrrende teknologi for den næste generation af elektroniske produkter.

Et 3D-netværk af mikrofluidiske kølekanaler er blevet designet inde i chippen, placeret kun få mikrometer under den aktive del af hver transistorenhed, hvorfra varme genereres. Denne metode kan forbedre køleydelsen med 50 gange. Mikrokanaler transporterer væsker direkte til hotspots og håndterer en forbløffende effekttæthed på 1,7 kW pr. kvadratcentimeter. Det svarer til 17MW per kvadratmeter, hvilket er flere gange den nuværende GPU-varmeflux.

Vanskeligheden ved varmeafledning betyder, at de største chips i dag ikke kan bruge alle transistorer på én gang, ellers vil de overophedes. Anvendelsen af ​​mikrofluidik kan forbedre chipydelsen og effektiviteten. Det er muligt at drive datacentre mere effektivt uden behov for energikrævende køleanlæg.