Новая технология охлаждения от Intel: коралловые радиаторы для чипов с потреблением 2 кВт

Компания Intel представила новый дизайн радиаторов для охлаждения чипов, вдохновленный коралловыми рифами. Проект получил финансирование в размере $1,7 млн. от Министерства энергетики США (DoE) в рамках инициативы COOLERCHIPS , которая направлена на снижение энергозатрат на охлаждение дата-центров.

По данным DoE, дата-центры потребляют около 2% всего электричества в США, и из них примерно 40% уходит на поддержание оптимальной температуры вычислительного оборудования. Целью Intel является разработка термической системы для баков с иммерсионным охлаждением, которая сможет справиться с чипами мощностью до двух киловатт.

Иммерсионное охлаждение заключается в погружении всей системы - материнской платы, памяти, процессора и т.д. - в ванну с непроводящими жидкостями, которые отводят тепло от системы, используя лишь долю энергии по сравнению с системами охлаждения воздухом.

Intel рассматривает возможность использования радиаторов для погружных баков с двухфазным иммерсионным охлаждением, которые используют специализированные хладагенты, настроенные на кипение при рабочей температуре чипа. Затем пар затем конденсируется и возвращается обратно в бак.

Демонстрация специального покрытия, предназначенного для более интенсивного кипения хладагентов иммерсионного охлаждения

Для достижения этой цели Intel планирует сочетать две основные технологии. Первая из них — это специальные покрытия, которые способствуют образованию ядер кипения (нуклеация, зародышеобразование). Это значит, что покрытия помогают хладагенту кипеть и тем самым охлаждать чип более эффективно.

Ядро кипения — это место на поверхности твёрдого тела или в объёме жидкости, где образуются пузырьки пара при кипении. Ядра кипения могут быть связаны с неровностями поверхности, примесями, ионизацией или другими факторами, которые способствуют образованию пара.

Вторая основная технология связана с формой радиаторов. Как объясняет Intel, сегодня изготовители наносят специальные покрытия на плоскую поверхность, но исследования показывают, что радиатор с кораллоподобным дизайном и внутренними желобками имеет наибольший потенциал для коэффициента теплоотдачи при двухфазном иммерсионном охлаждении.

Используя финансирование от COOLERCHIPS, Intel планирует применять 3D-печать для создания прототипов радиаторов и паровых камер на основе этих технологий, с целью улучшить эффективность иммерсионного охлаждения с 0,025°C/ватт до 0,01°C/ватт.

Интерес к жидкостному и иммерсионному охлаждению возрос в последние годы, поскольку чипы стали более энергоемкими, а системы - более вычислительно плотными. Настолько плотными, что узлы с GPU могут потреблять до 10 кВт мощности под нагрузкой.

DoE имеет весомый интерес в решении этой проблемы. Помимо снижения нагрузки на электросеть, DoE управляет некоторыми из самых больших, горячих и энергоемких суперкомпьютеров в мире. По мере того, как системам требуется больше энергии и они выделяют больше тепла, очевидно, что нужны новые технологии для управления обоими.