Microchannel Chip Cooling Technology-applikation i flytande kyllösning
Vätskekylning är framtiden för datacenter. Luften klarar inte av den effekttäthet som når datahallen, så en tät vätska med hög termisk kapacitet strömmar in i anslutningen. När värmetätheten hos IT-utrustning ökar kommer vätskan närmare den. Men hur långt kan vätskor komma nära? Det är allmänt accepterat att driva ett vattencirkulationssystem genom bakdörren på datacenterskåp. Därefter fortsätter systemet att cirkulera vatten till det kalla kortet på särskilt varma komponenter som GPU:er eller processorer. Dessutom sänker nedsänkningssystemet ner hela racket i den dielektriska vätskan, så att kylvätskan kan komma i kontakt med varje del av systemet. Huvudleverantörerna erbjuder nu servrar optimerade för nedsänkning.
1981 föreslog forskarna David Tuckerman och RF Pease från Stanford University att man skulle etsa små "mikrokanaler" i kylflänsar för att mer effektivt ta bort värme. Små kanaler har en större yta och kan mer effektivt ta bort värme. De föreslår att kylflänsar kan bli en del av VLSI-chips, och deras demonstration visar att mikrokanals kylflänsar kan stödja ett imponerande värmeflöde på 800W per kvadratmeter.
Med utvecklingen av halvledartillverkning och dess inträde i tredimensionella strukturer har idén om integrerad kylning och bearbetning blivit mer praktisk. Från och med 1980-talet försökte tillverkare att lägga över flera komponenter på silikonchips. Att skapa kanaler ovanpå flerlagers kiselchips kan vara en snabb och optimal metod för kylning, eftersom det kan börja med att helt enkelt implementera små spår som liknar fenor på en kylfläns. Men denna idé har inte fått mycket uppmärksamhet eftersom chipleverantörer hoppas kunna använda 3D-teknik för att stapla aktiva komponenter. Denna metod accepteras nu av högdensitetsminne och Nvidia-patent indikerar att den kan vara avsedd att stapla GPU:er.
Forskare har arbetat med att etsa mikrofluidkanaler på ytan av kiselchips i flera år. Ett team från Georgia Institute of Technology samarbetade med Intel 2015 för att potentiellt vara först med att tillverka ett FPGA-chip med ett integrerat mikrofluidiskt kyllager, beläget bara några hundra mikrometer från där transistorn arbetar på kisel. "Vi eliminerade kylflänsen på toppen av kiselchippet genom att kyla vätskan bara några hundra mikrometer bort från transistorn", säger professor Muhannad Bakir, teamledare vid Georgia Institute of Technology, i ett pressmeddelande. Vi tror att integration av mikrofluidisk kylning direkt och tillförlitligt i kisel kommer att bli en störande teknologi för nästa generation av elektroniska produkter.
Ett 3D-nätverk av mikrofluidiska kylkanaler har designats inuti chippet, beläget bara några mikrometer under den aktiva delen av varje transistorenhet, varifrån värme genereras. Denna metod kan förbättra kylningsprestandan med 50 gånger. Mikrokanaler transporterar vätskor direkt till hotspots och hanterar en häpnadsväckande effekttäthet på 1,7 kW per kvadratcentimeter. Detta motsvarar 17MW per kvadratmeter, vilket är flera gånger det nuvarande GPU-värmeflödet.
Svårigheten med värmeavledning gör att de största chipsen idag inte kan använda alla transistorer på en gång, annars kommer de att överhettas. Tillämpningen av mikrofluidik kan förbättra chipprestanda och effektivitet. Det är möjligt att driva datacenter mer effektivt utan behov av energikrävande kylsystem.
