Il raffreddamento dei chip è la risposta al problema del raffreddamento dei data center?

Dec 02, 2023

Soni Marrone | 29 agosto 2023

I data center sono noti per il loro elevato consumo energetico, con le apparecchiature di raffreddamento che rappresentano quasi il 30% del consumo energetico totale. I data center con design termico del processore possono generare da 20 a 50 MW di calore, secondo Hugh Hudson, responsabile del mercato dei data center per Daikin Applied, un'azienda di raffreddamento commerciale. Alla luce di ciò, i ricercatori stanno esplorando metodi di raffreddamento dei chip per mitigare il carico energetico e migliorare l’efficienza nei data center.

Il programma COOLERCHIPS del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha recentemente assegnato alla Purdue University un importante premio per portare avanti i suoi sforzi pionieristici nello sviluppo di soluzioni di raffreddamento più efficienti per i data center. Con particolare attenzione alla riduzione del consumo di energia e al miglioramento dell'efficienza di raffreddamento, Purdue mira a rivoluzionare il modo in cui i chip vengono raffreddati.

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La crescita esponenziale dei data center in un mondo sempre più digitale ha portato a investimenti significativi nella ricerca, in particolare nel raffreddamento dei chip. Il raffreddamento dei microchip, i principali componenti che consumano energia nei data center, da solo può rappresentare il 40% del consumo energetico complessivo in un data center, e la domanda di acqua come risorsa di raffreddamento sta diventando un problema diffuso. Le organizzazioni stanno ora dando priorità alla conservazione dell’acqua come parte dei loro sforzi di sostenibilità.

Yongsuk Choi, responsabile della strategia e dell'infrastruttura presso Empyrion DC, una società di piattaforme di infrastrutture digitali, afferma che le applicazioni di intelligenza artificiale (AI) e machine learning (ML) stanno davvero "plasmando il settore dei data center".

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"Tale crescita nell'elaborazione ad alta capacità ha causato un drammatico aumento del 200% nella densità dei rack fino a 20-30KW per rack oggi", ha dichiarato Choi a Data Center Knowledge. "È qui che entra in gioco il raffreddamento del microchip. Rispetto al raffreddamento ad aria convenzionale, che richiede il raffreddamento dell'intero servizio, il raffreddamento del microchip è molto più mirato e affronta la fonte diretta di calore sul chip livello, ottenendo un raffreddamento più rapido con un minor consumo di energia. Prevediamo una maggiore adozione del raffreddamento dei microchip da parte degli operatori dei data center."

Per affrontare le sfide ed esplorare nuovi approcci al raffreddamento dei chip, il DOE ha lanciato il programma Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) Cooling Operations Optimized for Leaps in Energy, Reliability, and Carbon Hyperefficiency for Information Processing Systems – o COOLERCHIPS. Questo programma mira a promuovere progressi nella tecnologia di raffreddamento attraverso la collaborazione tra il mondo accademico, l’industria e i laboratori nazionali governativi.

A maggio, il programma COOLERCHIPS ha emesso finanziamenti per 40 milioni di dollari per sostenere la ricerca in questo campo, con l’obiettivo di ridurre l’impatto ambientale dei data center sviluppando “tecnologie di raffreddamento altamente efficienti e affidabili”.

La Purdue University, beneficiaria di una sovvenzione di 1,8 milioni di dollari nell'ambito del programma COOLERCHIPS, è in prima linea nello sviluppo di soluzioni innovative di raffreddamento dei chip. La ricerca dell'università va oltre il raffreddamento dei microchip e degli imballaggi dei semiconduttori, con l'obiettivo di ottimizzare il trasferimento di calore tra i componenti del data center. Migliorando le prestazioni termiche e riducendo la potenza di pompaggio, l'obiettivo di Purdue è rivoluzionare il modo in cui i data center vengono raffreddati.

Secondo Tiwei Wei, assistente professore di ingegneria meccanica e ricercatore principale del progetto, il team della Purdue stava esaminando "tecnologie più aggressive" di quelle in uso.

Una delle aree di ricerca chiave della Purdue University riguarda il raffreddamento a getto d'urto bifase. Questo approccio utilizza microcanali riempiti di liquido integrati direttamente all'interno della confezione del microchip. Quando il chip genera calore, il liquido bolle e i vapori risultanti allontanano il calore dal chip. Il vapore quindi si condensa e viene ricircolato nel chip, consentendo il raffreddamento passivo senza la necessità di una pompa.