Из-за высокой плотности мощности воздушное охлаждение уже не подходит для суперкомпьютеров HPC и компактных кластеров в дата-центрах. GPU и ускорители выделяют 700-800 Вт, а для процессоров вполне типичен уровень 350 Вт и выше. В ближайшие годы плотность мощности продолжит расти, процессоры и ускорители будут потреблять еще больше энергии, которую нужно будет отводить в виде тепла.
Но с некоторого уровня даже водяное охлаждения подходит к своим пределам, поэтому сегодня разрабатываются такие методы, как прямое водяное охлаждение кристалла. Но здесь необходимо пройти определенные технические преграды, прежде чем жидкость сможет подходить вплотную к транзисторам и кремнию.
Необходимо пересмотреть существующие принципы водяного охлаждения. Основные проблемы в том, как обеспечить максимально эффективную скорость потока и максимальную площадь теплообмена между охлаждающей поверхностью и жидкостью.
В потребительском сегменте мы постоянно встречаем новые концепции по расположению микроребер/каналов на основании водоблоков. Производители экспериментируют с толщиной ребер, их расположением и высотой, формой и т.д. Все факторы могут оказать влияние на производительность.
На конференции HotChips 2023 компания FABRIC8LABS показала новый подход к созданию миниатюрных структур на охлаждающих поверхностях систем водяного охлаждения. Помимо производства «простых» ребер с толщиной/расстоянием 100 мкм, у компании получилось увеличить площадь поверхности теплообмена через спекание или лазерную сварку. Но данные процессы обычно дорогие и не подходят для массового производства.
FABRIC8LABS разработала новый способ производства Electrochemical Additive Manufacturing (ECAM). Как можно догадаться по названию, процесс заключается в нанесении материала, подобно 3D-печати.
Печать выполняется в обратном порядке, от верхнего слоя до нижнего. Печатная форма погружается в жидкость, содержащую ионы нужного металла (меди, например). Небольшие электроды (пиксели) создают электрическое поле, которое приводит к осаждению металла, то есть ионы и электроны (Cu2+ + 2e) превращаются в чистую медь. Головка печатает слой за слоем.
Процесс печати может идти при комнатной температуре, что несколько упрощает его по сравнению с альтернативами.
FABRIC8LABS провела тесты с разными структурами. И лучше всего подошли гироиды, бесконечные структуры с максимальной площадью поверхности по отношению к количеству используемого материала. Причем у данных структур есть несколько характеристик, которые можно оптимизировать. Компания провела тесты с разной толщиной стенок, размерами пор и соотношением площади поверхности к объему.
Лучшие результаты были получены с гироидами 50%. При той же мощности помпы удалось отвести на 35% больше тепла, чем со стандартным дизайном на микроребрах.
Исследования скоро будут применены на практике, поэтому лабораторные изыскания станут реальностью. Кроме того, FABRIC8LABS продолжает исследовать разные структуры. В любом случае, подход очень интересный, рано или поздно мы наверняка увидим его и на потребительском сегменте в разных системах водяного охлаждения.
Подписывайтесь на группу Hardwareluxx ВКонтакте и на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).