Новая технология охлаждения для центров обработки данных может сократить энергопотребление ЦОД на 13%

Учёные Техасского университета разработали новую технологию охлаждения, которая может существенно изменить способ регулирования тепла в электронных устройствах. Группа исследователей под руководством профессора Гуйхуа Юй создала новый материал термоинтерфейса, который может эффективно отводить тепло от электронных устройств, уменьшая или даже устраняя необходимость в интенсивном охлаждении.

Материал, изготовленный из смеси жидкого металла и нитрида алюминия, гораздо лучше проводит тепло, чем существующие коммерческие материалы, что делает его оптимальным для охлаждения. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

Источник: DALL-E

По словам профессора Гуйхуа Юй, энергопотребление охлаждающей инфраструктуры для энергоёмких центров обработки данных и других крупных электронных систем стремительно растёт, и крайне важно разрабатывать новые способы эффективного и устойчивого охлаждения устройств, работающих на уровне киловатт и более высокой мощности.

На охлаждение приходится около 40% энергопотребления ЦОД, или 8 тераватт-часов в год. Исследователи подсчитали, что их технология может сократить потребность в охлаждении на 13% — или на 5% от общего энергопотребления ЦОД — существенная экономия, если её применить в масштабах всей отрасли. Возможности рассеивания тепла также позволяют значительно увеличить вычислительную мощность.

Открытие является частью более масштабных усилий по реализации потенциала материалов теплового интерфейса. Эти материалы предназначены для рассеивания тепла, выделяемого электронными устройствами, что снижает необходимость в охлаждении этих устройств.

Однако существует разрыв между тем, насколько эффективно эти материалы должны охлаждаться в теории, и тем, что они показали в ходе реальных испытаний.

Новые материалы в этом проекте смогли преодолеть этот разрыв. Этот материал может отвести 2760 Вт тепла с небольшой площади в 16 квадратных сантиметров. Он может сократить энергию, необходимую для охлаждающего насоса, значительной части общей задачи охлаждения электроники, на 65%.

Схема трёх основных компонентов в управлении температурой силовых устройств и большой разрыв между теоретическим пределом и текущими разработками. Источник: Nature Nanotechnology (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01793-0

По словам Кая Ву, ведущего автора в лаборатории Юй, «этот прорыв приближает к достижению идеальной производительности, предсказанной теорией, что позволит создавать более устойчивые решения для охлаждения мощной электроники. Наш материал может обеспечить устойчивое охлаждение в энергоёмких приложениях, — от центров обработки данных до аэрокосмической отрасли, прокладывая путь для более эффективных и экологичных технологий».

Ожидается, что взрывной рост искусственного интеллекта, наряду с продолжающимся распространением технологий, приведёт к значительному увеличению спроса на центры обработки данных. Это означает, что для питания и охлаждения этих центров потребуется больше энергии.

Ранее в этом году Goldman Sachs подсчитал, что к 2030 году спрос на электроэнергию в центрах обработки данных вырастет на 160%. Предполагается, что только искусственный интеллект увеличит потребление электроэнергии в центрах обработки данных на 200 тераватт-часов в год в период с 2023 по 2030 год.

Исследователи создали охлаждающий материал с помощью процесса, называемого механохимией. Этот процесс помогает жидкому металлу и нитриду алюминия смешиваться контролируемым образом, создавая градиентные интерфейсы, облегчая перемещение тепла через них.

Исследователи протестировали свои материалы на небольших лабораторных устройствах, а сейчас команда находится в процессе масштабирования синтеза материалов и подготовки образцов для тестирования с партнёрами в центрах обработки данных.