Одной из главных проблем развития вычислительных систем на основе ИИ остается рост энергопотребления. Значительная часть электроэнергии в таких центрах обработки данных расходуется не только на сами вычисления, но и на отвод тепла, выделяемого полупроводниковыми чипами. С увеличением производительности чипов растет и их тепловыделение, что делает традиционные методы воздушного охлаждения и внешние радиаторы все менее эффективными.
Исследовательская группа Корейского института передовых технологий (KAIST) предложила решение, основанное на интеграции системы жидкостного охлаждения непосредственно в структуру кремниевого чипа. Ученые разработали технологию, позволяющую отводить тепло с помощью воды комнатной температуры, пропуская ее через микроканалы, расположенные внутри полупроводниковой пластины. Толщина этих каналов меньше диаметра человеческого волоса.
Главное отличие новой разработки — в архитектуре распределения охлаждающей жидкости. Вместо последовательного прохождения через все микроканалы, жидкость подается по системе коллекторов, которые распределяют поток по множеству коротких маршрутов. Это снижает гидравлическое сопротивление и, как следствие, уменьшает мощность, необходимую для работы насосов, а также обеспечивает более равномерное охлаждение всей поверхности чипа.
В ходе экспериментов исследователям удалось удерживать температуру чипа ниже 100 °C при экстремальной тепловой нагрузке, превышающей 2000 Вт на квадратный сантиметр. Эффективность системы, по заявлению авторов, примерно в 10 раз превышает предыдущий мировой рекорд, зафиксированный в 2020 году. При этом для достижения результата не требовалось использования дорогостоящих материалов, таких как алмаз, или сложных процессов фазового перехода охлаждающей жидкости.
Важной особенностью технологии является ее совместимость с существующими производственными процессами: изготовление микроканалов возможно при низких температурах (ниже 350 °C), что позволяет внедрить метод на действующих полупроводниковых заводах без серьезных капитальных затрат на переоснащение.
Разработка может найти применение не только в ускорителях для ИИ, но и в высокопроизводительных вычислениях, силовой электронике и трехмерных корпусах чипов. Снижение энергозатрат на охлаждение на уровне самого чипа рассматривается как один из способов повышения общей энергоэффективности центров обработки данных будущего.
Читайте также: «Первый отказоустойчивый квантовый компьютер может появиться через два года».