Νέο παθητικό σύστημα ψύξης ίσως δώσει λύση στο πρόβλημα της AI και των data centers

Καθώς η τεχνητή νοημοσύνη και οι υπηρεσίες cloud διευρύνονται με ταχείς ρυθμούς, το ενεργειακό αποτύπωμα των data centers αυξάνεται ανησυχητικά, με την ψύξη να ευθύνεται για έως και το 40% της συνολικής τους κατανάλωσης. Με βάση τις τρέχουσες τάσεις, η παγκόσμια ενεργειακή ζήτηση για ψύξη αναμένεται να υπερδιπλασιαστεί έως το 2030. Μπροστά σε αυτό το σκηνικό, μία νέα τεχνολογική καινοτομία που βασίζεται στη φυσική εξάτμιση ενδέχεται να ανατρέψει τα δεδομένα.

Ερευνητές University of California San Diego παρουσίασαν μια προηγμένη μέθοδο παθητικής ψύξης που θα μπορούσε να μειώσει δραστικά την ενεργειακή κατανάλωση των κέντρων δεδομένων. Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στις 13 Ιουνίου στο επιστημονικό περιοδικό Joule, περιγράφει τη χρήση μιας καινοτόμου μεμβράνης από ίνες, η οποία απομακρύνει αποτελεσματικά τη θερμότητα χωρίς να καταναλώνει πρόσθετη ενέργεια.

Η βασική αρχή πίσω από τη νέα τεχνολογία είναι η εξάτμιση του υγρού που διαχέεται μέσω μιας μεμβράνης με πορώδη δομή. Η μεμβράνη, κατασκευασμένη από φθηνά υλικά, διαθέτει ένα δίκτυο μικροσκοπικών, διασυνδεδεμένων πόρων που επιτρέπουν στο ψυκτικό υγρό να κινείται διαμέσου της με τριχοειδή δράση. Καθώς το υγρό εξατμίζεται στην επιφάνεια, απομακρύνει τη θερμότητα από τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα που βρίσκονται από κάτω, χωρίς ανάγκη για μηχανικά ή ενεργά μέσα ψύξης.

Όπως εξηγεί ο Renkun Chen, καθηγητής στο Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροδιαστημικών Μηχανικών του UC San Diego και συντονιστής του έργου, η εξάτμιση υπερτερεί των παραδοσιακών μεθόδων ψύξης με αέρα ή υγρό, καθώς μπορεί να διαχειριστεί μεγαλύτερες θερμικές ροές με μικρότερη κατανάλωση ενέργειας. Μαζί του συνεργάστηκαν οι καθηγητές Shengqiang Cai και Abhishek Saha, ενώ οι Tianshi Feng (υποψήφιος διδάκτορας) και Yu Pei (μεταδιδακτορικός ερευνητής) ήταν οι βασικοί συγγραφείς της μελέτης.

Η εξάτμιση χρησιμοποιείται ήδη σε εφαρμογές όπως οι σωλήνες θερμότητας σε laptops ή οι ψυκτικοί μηχανισμοί στα κλιματιστικά. Ωστόσο, η εφαρμογή της σε συστήματα υψηλής ισχύος ήταν μέχρι σήμερα προβληματική. Προηγούμενες προσπάθειες με πορώδεις μεμβράνες αποτύγχαναν είτε επειδή οι πόροι ήταν υπερβολικά μικροί και φράζονταν, είτε πολύ μεγάλοι και προκαλούσαν μη ελεγχόμενο βρασμό. Το νέο υλικό καταφέρνει να πετύχει τη χρυσή τομή: πόροι με ιδανικό μέγεθος, καλά διασυνδεδεμένοι, προσφέρουν αποτελεσματική εξάτμιση χωρίς τις παρενέργειες.

Στις δοκιμές, η μεμβράνη κατάφερε να διαχειριστεί θερμική ροή που ξεπερνά τα 800 watt ανά τετραγωνικό εκατοστό – μια από τις υψηλότερες επιδόσεις που έχουν καταγραφεί για παθητικό σύστημα ψύξης. Επιπλέον, διατήρησε τη σταθερότητά της ακόμα και μετά από πολλές ώρες συνεχούς λειτουργίας.

Ο Chen σημειώνει ότι η τεχνολογία βασίστηκε σε υλικά που αρχικά είχαν σχεδιαστεί για φιλτράρισμα και όχι για ψύξη.

Κανείς δεν είχε σκεφτεί να τα χρησιμοποιήσει για εξάτμιση. Διαπιστώσαμε ότι η μοναδική τους δομή – με κατάλληλους πόρους και μηχανική ενίσχυση – τα καθιστά ιδανικά για αυτή τη χρήση. Και όχι μόνο άντεξαν σε ακραίες συνθήκες θερμότητας, αλλά απέδωσαν εξαιρετικά καλά.

Παρότι τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά, οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η μεμβράνη λειτουργεί ακόμα κάτω από τα θεωρητικά της όρια. Στόχος τους είναι τώρα να βελτιώσουν περαιτέρω τον σχεδιασμό και να προχωρήσουν στην ενσωμάτωσή της σε πρωτότυπα συστήματα τύπου cold plate – επίπεδες μεταλλικές πλάκες που τοποθετούνται πάνω σε επεξεργαστές για αποδοτική ψύξη. Παράλληλα, σχεδιάζουν την ίδρυση μιας startup προκειμένου να προχωρήσουν στην εμπορική αξιοποίηση της τεχνολογίας.

Αν η μέθοδος αποδειχθεί εφαρμόσιμη σε μεγάλη κλίμακα, τότε ίσως έχουμε μπροστά μας μια λύση-κλειδί για το ενεργειακό μέλλον των data centers και της ψηφιακής υποδομής του πλανήτη.

[via]