В Корее представили технологию, позволяющую центрам обработки данных сократить энергопотребление на охлаждение в 10 раз
- 2 часа назад
- 3 мин. чтения
Корреспндент Гу Бон Хёк
- Результаты совместной работы исследовательской группы профессоров KAIST Ким Сон Чжина и Ли Ик Чжина
- Создание внутри полупроводникового чипа водопроводящих каналов, толщина которых меньше волоса
- Сверхвысокоэффективная технология жидкостного охлаждения, минимизирующая потери энергии
Исследователи KAIST, проводившие данное исследование: профессора Ки Сон Чжин (в верхнем ряду слева по часовой стрелке), Ли Ик Чжин, аспиранты Хван Чхоль Хён, Ли Хан Соль и доктор Ли Ён Чжин. [Предоставлено KAIST]
Команда корейских исследователей разработала систему водопроводящих каналов внутри полупроводникового чипа, толщина которых меньше волоса, продемонстрировав возможность решения проблемы тепловыделения, считающейся главной трудностью в области полупроводников для ИИ.
16 июня Корейский институт передовых технологий (KAIST) сообщил, что команды под руководством профессора Ким Сон Чжина из факультета машиностроения и профессора Ли Ик Чжина из факультета ИИ-трансформации (AX) в ходе совместных исследований разработали сверхэффективную технологию жидкостного охлаждения, позволяющую сократить энергопотребление на охлаждение центров обработки данных ИИ до одной десятой от существующего уровня.
По мере повышения производительности полупроводников для ИИ количество тепла, выделяемого чипами, быстро растет. Однако с одними лишь существующими методами охлаждения становится все сложнее удалять тепло, выделяемое полупроводниками для ИИ нового поколения. В связи с этим все большее внимание привлекает технология жидкостного охлаждения, при которой охлаждающая жидкость проходит непосредственно внутри полупроводникового чипа, отводя тепло.
В частности, технология «манифольд-микроканалов» (MMC) представляет собой метод отвода тепла путем пропускания охлаждающей жидкости по микроканалам, которые тоньше волоса. Применение манифольда позволяет одновременно подавать охлаждающую жидкость в несколько точек, что повышает эффективность охлаждения.
Однако в предыдущих исследованиях MMC была одна проблема - охлаждающая жидкость концентрировалась в некоторых каналах, а в другие каналы поступала недостаточно. Исследовательская группа оптимизировала структуру таким образом, чтобы охлаждающая жидкость равномерно протекала по всем каналам. Для этого, используя простую расчетную модель в сочетании с точным моделированием, они проанализировали множество вариантов конструкции и нашли оптимальную структуру, позволяющую повысить эффективность охлаждения при одновременном снижении потерь энергии.
Исследовательская группа проверила работоспособность оптимизированной конструкции, установив ее на реальную кремниевую пластину. В результате коэффициент производительности (COP, Coefficient of Performance — показатель, отражающий соотношение между количеством удаленного тепла и затраченной энергией), характеризующий эффективность охлаждения, составил 106 000. Это означает, что на 1 единицу энергии, затраченной на охлаждение, удается вывести 106 000 единиц тепла.
Этот показатель более чем в 10 раз превышает предыдущий мировой рекорд, зафиксированный в 2020 году.
Структура коллекторной микроканальной системы охлаждения для охлаждения высокотепловыделяющих полупроводниковых чипов. [Предоставлено KAIST]
Хотя данное исследование было проверено на экспериментальном чипе размером 5 мм × 5 мм, исследовательская группа заявила, что тот же принцип проектирования можно применить и к крупным полупроводникам для искусственного интеллекта (размером до 7,5 см × 7,5 см), таким как GPU и TPU, которые в настоящее время используются в центрах обработки данных искусственного интеллекта. Когда эту технологию применили к «колдплейт» (металлической охлаждающей пластине, по которой протекает охлаждающая жидкость для отвода тепла) в центре обработки данных, они зафиксировали улучшение охлаждающей способности более чем на 30% по сравнению с существующими системами. Исследовательская группа ожидает, что в будущем эта технология сможет быть использована даже в сверхвысокопроизводительных чипах уровня «Vera Rubin» — платформы искусственного интеллекта нового поколения от NVIDIA.
Исследователи прогнозируют, что данная технология будет использоваться для решения проблем теплового управления в различных электронных устройствах с высокой тепловыделением, включая полупроводники для ИИ, высокопроизводительное вычисление (HPC), 3D-корпусированные чипы, силовые полупроводники и электронику оборонного назначения.
«Данная технология позволяет непосредственно удалять тепло изнутри полупроводникового чипа и снижать потери давления, что ведет к сокращению энергопотребления на перекачку, благодаря чему можно одновременно повысить энергоэффективность как корпусов полупроводников, так и центров обработки данных» - сказал профессор Ким Сон Чжин.
Результаты данного исследования, проведенного при поддержке Корейского фонда научных исследований, опубликованы 15 июня в международном научном журнале «Energy Conversion and Management».
Комментарии