Новая технология охлаждения на основе волокон достигает мощности 800 Вт/см², предлагая центрам обработки данных пассивную, энергосберегающую альтернативу вентиляторам и насосам.
Поскольку системы искусственного интеллекта потребляют все больше энергии, а облачная инфраструктура расширяется по всему миру, центрам обработки данных в буквальном смысле становится все труднее поддерживать прохладу. По оценкам Министерства энергетики США, охлаждение этих теплоемких объектов уже потребляет до 40 процентов от общего объема потребляемой ими энергии, и эта нагрузка будет только расти.
Международное энергетическое агентство предупреждает, что глобальное потребление энергии центрами обработки данных, отчасти за счет охлаждения, может к 2030 году увеличиться более чем вдвое. Теперь инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего представили рекордную технологию охлаждения, которая может принести облегчение.
Технология основана на специально разработанной волокнистой мембране, которая пассивно отводит тепло посредством испарения без необходимости использования вентиляторов, компрессоров или энергоемких насосов. В лабораторных испытаниях мембрана выдержала более 800 Вт на квадратный сантиметр, что является одной из самых высоких тепловых нагрузок, когда-либо зарегистрированных для пассивной системы охлаждения. Она также показала стабильность в течение нескольких часов работы.
Пассивные технологии, активные результаты
В отличие от обычных систем охлаждения, которые полагаются на механические части или охлажденную воду, этот новый подход использует сеть крошечных, взаимосвязанных пор внутри волоконной мембраны для впитывания жидкости по ее поверхности посредством капиллярного действия. По мере испарения жидкости она естественным образом и бесшумно отводит тепло от чипов ниже. «По сравнению с традиционным воздушным или жидкостным охлаждением испарение позволяет рассеивать более сильный тепловой поток, потребляя при этом меньше энергии», — сказал Ренкун Чен, профессор машиностроения в Калифорнийском университете в Сан-Диего и один из ведущих авторов исследования. Испарительное охлаждение не ново. Тепловые трубки в ноутбуках и испарители в кондиционерах используют эту технологию. Но адаптировать ее к сверхвысокой температуре современных центров обработки данных оказалось непростой задачей. Раньше пористые мембраны выходили из строя, поскольку их поры были либо слишком малы, что приводило к засорению, либо слишком велики, что вызывало хаотичное кипение.
Пористый, мощный и многообещающий
Команда UCSD нашла золотую середину. Спроектировав взаимосвязанные поры с правильным размером, они создали материал, который не только избегает этих ловушек, но и обеспечивает лидирующие в отрасли характеристики. И он оставался стабильным в течение многих часов работы при высоких температурах.
«Эти волокнистые мембраны изначально были разработаны для фильтрации, и никто ранее не исследовал их использование в испарении. Мы поняли, что их уникальные структурные характеристики — взаимосвязанные поры и как раз правильный размер пор — могут сделать их идеальными для эффективного испарительного охлаждения. Что нас удивило, так это то, что при правильном механическом армировании они не только выдерживали высокий тепловой поток, но и работали под ним исключительно хорошо».
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ СТАТЬИ
Хотя текущие результаты многообещающие, Чэнь говорит, что технология все еще работает значительно ниже своего теоретического предела. Сейчас команда работает над интеграцией технологии в охлаждающие пластины — устройства, которые располагаются непосредственно поверх процессоров, таких как графические процессоры и центральные процессоры, для рассеивания тепла. Они также запускают стартап, чтобы вывести технологию на рынок. В случае успеха это нововведение может значительно сократить потребление энергии и воды при охлаждении центров обработки данных, одновременно помогая Интернету пережить будущее, основанное на искусственном интеллекте. Исследование, поддержанное Национальным научным фондом, опубликовано в журнале Joule .