יישום Microchannel Chip Cooling Technology בפתרון קירור נוזלי
קירור נוזלי הוא העתיד של מרכזי הנתונים. האוויר לא יכול להתמודד עם צפיפות ההספק שמגיעה לאולם הנתונים, ולכן נוזל צפוף בעל יכולת תרמית גבוהה זורם לחיבור. ככל שצפיפות החום של ציוד IT עולה, הנוזל מתקרב אליו. אבל עד כמה נוזלים יכולים להתקרב? מקובל להפעיל מערכת זרימת מים דרך הדלת האחורית של ארונות מרכז הנתונים. בשלב הבא, המערכת ממשיכה להזרים מים ללוח הקר על רכיבים חמים במיוחד כגון GPUs או CPUs. בנוסף, מערכת הטבילה שוקעת את כל המתלה בנוזל הדיאלקטרי, כך שנוזל הקירור יכול לבוא במגע עם כל חלק במערכת. הספקים העיקריים מציעים כעת שרתים מותאמים לטבילה.
בשנת 1981 הציעו החוקרים דיוויד טאקרמן ו-RF Pease מאוניברסיטת סטנפורד לחרוט "מיקרו-תעלות" זעירות לתוך גופי קירור כדי להסיר חום בצורה יעילה יותר. לערוצים קטנים יש שטח פנים גדול יותר והם יכולים להסיר חום בצורה יעילה יותר. הם מציעים כי גופי קירור יכולים להפוך למרכיב של שבבי VLSI, וההדגמה שלהם מוכיחה כי גופי קירור מיקרו-ערוציים יכולים לתמוך בשטף חום מרשים של 800W למ"ר.
עם התפתחות ייצור מוליכים למחצה וכניסתו למבנים תלת מימדיים, הרעיון של קירור ועיבוד משולבים הפך למעשי יותר. החל משנות ה-80, יצרנים ניסו לכסות רכיבים מרובים על שבבי סיליקון. יצירת תעלות על גבי שבבי סיליקון רב-שכבתיים עשויה להיות שיטה מהירה ואופטימלית לקירור, מכיוון שהיא יכולה להתחיל פשוט ביישום חריצים קטנים הדומים לסנפירים על גוף קירור. אבל הרעיון הזה לא זכה לתשומת לב רבה מכיוון שספקי השבבים מקווים להשתמש בטכנולוגיית תלת מימד כדי לערום רכיבים פעילים. שיטה זו מקובלת כעת על ידי זיכרון בצפיפות גבוהה, ופטנטים של Nvidia מצביעים על כך שהיא עשויה להיות מיועדת לערום GPUs.
חוקרים עבדו על תחריט תעלות מיקרו-נוזליות על פני השטח של שבבי סיליקון במשך מספר שנים. צוות מהמכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה שיתף פעולה עם אינטל בשנת 2015 כדי להיות הראשון שייצר שבב FPGA עם שכבת קירור מיקרו-נוזלית משולבת, הממוקם רק כמה מאות מיקרומטרים מהמקום שבו פועל הטרנזיסטור על סיליקון. "חיסלנו את גוף הקירור בחלק העליון של שבב הסיליקון על ידי קירור הנוזל במרחק של כמה מאות מיקרומטרים בלבד מהטרנזיסטור", אמר פרופסור מוהנאד באקיר, ראש צוות במכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה, בהודעה לעיתונות. אנו מאמינים ששילוב של קירור מיקרו-נוזל באופן ישיר ומהימן בסיליקון יהפוך לטכנולוגיה משבשת עבור הדור הבא של מוצרים אלקטרוניים.
רשת תלת-ממדית של ערוצי קירור מיקרו-נוזליים תוכננה בתוך השבב, הממוקמת רק כמה מיקרומטרים מתחת לחלק הפעיל של כל מכשיר טרנזיסטור, ממנו נוצר חום. שיטה זו יכולה לשפר את ביצועי הקירור פי 50. Microchannels מעבירים נוזלים ישירות לנקודות חמות ומטפלים בצפיפות הספק מדהימה של 1.7 קילוואט לסנטימטר רבוע. זה שווה ערך ל-17MW למ"ר, שהם פי כמה משטף החום הנוכחי של GPU.
הקושי בפיזור החום גורם לכך שהשבבים הגדולים ביותר כיום אינם יכולים להשתמש בכל הטרנזיסטורים בבת אחת, אחרת הם יתחממו יתר על המידה. היישום של microfluidics יכול לשפר את הביצועים ואת היעילות של שבבים. ניתן להפעיל מרכזי נתונים בצורה יעילה יותר ללא צורך במערכות קירור עתירות אנרגיה.
