С холодком: ученые из Швейцарии разработали новую систему охлаждения чипов

Швейцарские ученые разработали новую систему водяного охлаждения чипов. В будущем технология может решить проблему охлаждения дата-центров. Подробности — в материале Selectel.

Ученые Федеральной политехнической школы Лозанны разработали новую систему водяного охлаждения для чипов. Они предложили поместить охлаждающие элементы внутри, а не снаружи.

Руководитель проекта, профессор электротехники Элисон Матиоли рассказал о проблемах с внешними системами охлаждения. В первую очередь, это необходимость перемещения тепла на относительно большое расстояние и комплексная структура теплоотвода.

Достаточно сложно обеспечить эффективную передачу тепла от чипа к теплоотводу. У подобных систем есть предел охлаждения, так что очень мощные чипы с высокой температурой нагрева в ограниченном пространстве корпуса ноутбука или планшета установить не получится.

В Федеральной политехнической школе Лозанны разработали качественно новую систему охлаждения чипов. Это внутреннее охлаждение с использованием микроканалов, заполненных водой.

Размеры микроканалов — 30x115 мкм. Они выполняются из нитрида галлия, который помещается на кремниевую подложку. Методом газового травления микроканалы размещаются по всей площади чипа. Сверху они закрываются медью. Охлаждающая жидкость находится близко к активной зоной чипов.

Для демонстрации эффективности нового метода ученые собрали выпрямитель переменного тока из четырех диодов Шоттки. Каждый элемент способен выдержать напряжение в 1,2 кВ. Обычно для охлаждения подобной конструкции требуется радиатор размером с кулак взрослого человека.

Микроканалы дали возможность уменьшить размер системы «чип + охлаждение» до размеров USB-флешки. Тестовая охлаждающая установка при мощности 0,57 Вт/см2 эффективно работает с тепловым потоком 1 700 Вт/см2, температура выпрямителя в ходе испытаний не поднималась выше 60°C. Показатель потребления воды составил менее 1 мл/с.

Идея не новая, эксперименты с внутренними системами охлаждения проводились еще в 1981 году. Но благодаря развитию технологий сейчас удалось добиться впечатляющего прогресса. Правда, нужно решить проблемы долгосрочной работы системы, а также изучить влияние прямого контакта теплой и горячей воды на медь, кремень и нитрид галлия.

Технология может решить проблему охлаждения дата-центров. По оценке экспертов, 30% потребляемой человечеством энергии и 100 млрд литров воды в год тратится на охлаждение электронного оборудования.

Источник: Nature , 2020. DOI: 10.1038 / s41586-020-2666-1 ( О DOI )

0
11 комментариев
Написать комментарий...
Ilya Volkov

"30% потребляемой человечеством энергии тратится на охлаждение электронного оборудования"
Ну это явная хрень же.

Ответить
Развернуть ветку
Легкий Макс

Почему хрень? Вас удивляет что холодильники - главные потребители энергии в частных квартирах, домах? Не удивлюсь если другие 30% потребляемой человечеством энергии тратится на кондиционеры. Да, охлаждающие системы тратят дофига электричества. А на что по вашему тратится большая часть энергии в оборудовании, на преодоление сопротивления в транзисторах? Или все таки на движущиеся механизмы, вентиляторы, гидравлику жидкостных систем? И про долю потребления электронного оборудования тоже нет сомнений. Один лишь майнинг криптовалют вызывал повышенные нагрузки на сети на пике ажиотажа. Были даже статьи про то что электромобили и криптовалюты - главные конкуренты за электроэнергию. Дата центры в банках, BAAS(Amazon aws, Microsoft и многие другие), последние годы многочислесленные дата центры электронной коммерции, хостинги. Электроэнергии они жрут много, это факт. Дешевая электроэнергия в странах, регионах даже называлась одним из условий успешности. 

Ответить
Развернуть ветку
Ilya Volkov

Отвечу коротко: Вы - не инженер.

Ответить
Развернуть ветку
Evgeny Petrovskiy

А какую оценку Вы бы дали проценту мощности идущему на охлаждение?

Ответить
Развернуть ветку
Раися Вперде
Ответить
Развернуть ветку
Легкий Макс

Сомневаюсь, что все точно считают долю. Какие нибудь серверные мощности могут быть низкозагружены, следовательно потери электроэнергии минимальны, но охлаждение всего серверного помещения будет работать вне зависимости от нагрузки.  То же самое с сотовыми вышками. там кондиционеры работают и днем и ночью. Хотя зимой на обогрев. Возможно в статье ошиблись. 30% затрат на электроэнергию больше похоже на потери на терморегуляцию, охлаждение и нагрев. Либо охлаждение не только оборудования. Но доля затрат даже на охлаждение электрооборудования высока. 

Ответить
Развернуть ветку
Легкий Макс

Вас закоротило.

Ответить
Развернуть ветку
Alexander S

Электронного оборудования

Ответить
Развернуть ветку
Легкий Макс

Охлаждение. Речь про то что системы терморегуляции требуют много электроэнергии. Думаю вы в курсе, что в дата центрах охлаждаются не только корпуса, но и помещение? https://habr.com/ru/company/selectel/blog/428413/ А еще электронное оборудование все больше распространено на заводах, особенно с высоко автоматизированными или роботизированными линиями.  Простой бытовой пример который знают наверное практически все - холодильник и кондиционер. Кондиционеры работающие круглосуточно, чтобы охладить огромные площади  датацентров + охлаждение в корпусе. А теперь спросите тех кто в курсе, сколько электричества берет кондиционер, который работает хотя бы часть дня. Очень много. 

Ответить
Развернуть ветку
Кирилл Фролов

Много лет занимаюсь эксплуатацией зданий и сооружений: среднее общее энергопотребления серверных в обычных бизнес-центрах, торговых центрах и складских комплексах - не более 5% от всего энергопотребления объекта.

Ответить
Развернуть ветку
Кирилл Фролов

Илья,  прокомментирую подробно: в вашей статье написано, что 30% энергии тратится на охлаждение электронного оборудования и тут же в комментариях начинаете писать про холодильники в домах, а это ведь совсем не относится к охлаждению электронного оборудования. Согласен, что холодильное оборудование весьма и весьма энергозатратное, но в вашей статье речь шла про отдельный случай - охлаждение электронного оборудования. Так что в данном случае вы не правы.

Ответить
Развернуть ветку
Читать все 11 комментариев
null