Пассивное охлаждение снизит энергопотребление дата-центров: уникальная разработка

Современные дата-центры потребляют огромное количество электроэнергии, причем значительная часть уходит не на вычисления, а на охлаждение аппаратурыИсточник: m24.ru

В условиях стремительного роста облачных вычислений и систем искусственного интеллекта резко увеличивается спрос на обработку данных, а значит — и на охлаждение оборудования, которое во время своей работы выделяет колоссальное количество тепла. Причем процесс охлаждения почти так же энергозатратен, как вычислительная работа ЦОД: на сегодняшний день системы охлаждения потребляют до 40% всей энергии дата-центров, и если тенденция сохранится, к 2030 году глобальные энергозатраты на охлаждение возрастут более чем в 2 раза.

Для решения этой проблемы американские ученые разработали специальную мембрану, которая пассивно отводит тепло за счет испарения жидкости. Мембрана состоит из недорогого волокнистого материала с сетью крошечных взаимосвязанных пор. Эти поры обеспечивают движение охлаждающей жидкости по поверхности за счет капиллярного эффекта. По мере испарения жидкости тепло эффективно отводится от расположенной ниже электроники — без необходимости в дополнительных затратах энергии. Мембрана размещается над микро-каналами, по которым циркулирует жидкость, и обеспечивает стабильное и эффективное охлаждение. Инновационный способ охлаждения оказался гораздо эффективнее, чем традиционные методы охлаждения — вентиляторы, радиаторы и жидкостные насосы. Также по сравнению с современными системами охлаждения новый метод потребляет значительно меньше воды.

Профессор кафедры машиностроения и аэрокосмической инженерии Ренкун Чэнь, возглавивший проект совместно с коллегами Шэнцяном Цаем и Абхишеком Сахой, отметил, что испарительное охлаждение способно справляться с более высокими тепловыми нагрузками при меньших энергозатратах. По его словам, хотя испарение уже используется в ноутбуках и кондиционерах, его применение в мощной электронике сталкивалось с трудностями. У ранее применявшихся пористых материалов были либо слишком мелкие поры, которые быстро забивались, либо они вызывали кипение жидкости, так как поры были слишком велики. Уникальность нового подхода заключается в оптимальном размере и структуре пор, что позволяет избежать таких проблем.

Иллюстрация работы волоконной мембраны, которая отводит тепло от электронного чипа посредством испаренияИсточник: Tianshi Feng

В ходе испытаний мембрана показала рекордные результаты, справившись с тепловыми потоками свыше 800 ватт на квадратный сантиметр — один из самых высоких показателей, зафиксированных для подобных систем. Более того, она доказала устойчивость в условиях длительной работы при высоких нагрузках.

Как подчеркивает Чэнь, первоначально волоконные мембраны разрабатывались для фильтрации, а их применение в охлаждении никто не рассматривал. Однако именно уникальное сочетание структуры и размера пор сделало их идеальными для эффективного отвода тепла. Неожиданным стало и то, что благодаря правильному механическому усилению мембрана не только выдержала экстремальные условия, но и продемонстрировала выдающуюся производительность.

Несмотря на достигнутые успехи, ученые работают над дальнейшей оптимизацией мембраны и планирует интегрировать ее в прототипы холодных пластин — компонентов, которые крепятся к процессорам и видеокартам для отвода тепла. Кроме того, ведется подготовка к запуску стартапа, целью которого станет коммерциализация технологии и ее широкое внедрение в индустрию.

Ранее ученые представили новый микрочип, который может на 50% сократить энергопотребление центров обработки данных, обслуживающих крупные языковые модели (LLM).