AI-datacentre sammenlignes ofte med "strømsultne monstre", fordi AI-beregningsprocessen forbruger enorme mængder energi og genererer konstant varme, hvilket igen kræver et kølesystem, der forbruger en tilsvarende mængde elektricitet.
Den hurtige udvikling af storskalamodeller og AI-generering har ført til en stigning i chips ydeevne og tættere integration, hvilket resulterer i en eksponentiel stigning i varmeafledning pr. arealenhed.
Traditionelle ventilatorbaserede kølemetoder eller eksterne kobberkøleplader har imidlertid nu nået deres fysiske grænser og kan ikke opfylde kravene til kontinuerlig varmeafledning. Derfor er kølesystemer med ekstremt høj varmefluxtæthed et centralt problem, der hindrer udviklingen af avancerede computerfunktioner.
Direkte integration i silicium
For at løse dette problem dykkede et forskerhold ved Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) ned i termisk styringsteknologi på chipniveau.
 |
Bundkort til datacenterservere køles ved nedsænkning i en inert væske. Kilde: Green Revolution Cooling |
Ideen er at skabe et effektivt væskekølesystem, der er indlejret direkte i chippen, hvilket tilbyder en helt ny løsning.
Efter en periode med forskning har et tværfagligt team ledet af professor Kim Sung-jin (Institut for Maskinteknik) og professor Lee Ik-jin (Kunstig Intelligens og Databehandling) overvundet udfordringen med varmeafledning fra hyperbelastede chips.
Den største praktiske fordel ved denne teknologi er specifikt, at den direkte kan bruge rent vand ved stuetemperatur som kølemiddel, hvilket præcist sænker temperaturen på halvlederchips, der opererer under høj belastning, uden at være afhængig af lavtemperaturvand eller specialiserede køleløsninger.
Ifølge forskerholdet er nøglen at indlejre mikrokanaler med diametre meget mindre end et menneskehår direkte inde i halvlederchippens siliciumstruktur for at danne en samlet helhed.
Testdata fra den virkelige verden viser, at selv under ekstreme varmeudviklingsforhold på op til 2000 W/cm² forbliver dette kølesystem stabilt og holder chippens kernetemperatur under 100 °C, hvilket sikrer, at enheden fungerer med maksimal effektivitet.
Manifold mikrokanalstruktur
Sammenlignet med nuværende køleteknologier ligger fokus for denne forskningsinnovation i den indlejrede Microchannel Manifold (MMC)-arkitektur i chippen.
Med traditionel mikrokanalkøling skal kølevæsken strømme kontinuerligt fra den ene ende af chippen til den anden. Denne alt for lange bevægelsesafstand øger strømningsmodstanden betydeligt.
 |
Arkitekturmodel for mikrokanalmanifold (MMC). Billede: KAIST. |
For at opretholde cirkulationen er systemet tvunget til at bruge mere pumpekraft, hvilket resulterer i øget energiforbrug, reduceret samlet varmeafledningseffektivitet og højere driftsomkostninger på lang sigt.
Samtidig omdefinerer MMC's flowstruktur fuldstændigt denne cirkulationslogik. Ved at fordele kølevæsken på tværs af flere spredte indløb, fuldføre varmevekslingsprocessen og derefter straks opsamle den gennem flere udløb, skaber systemet et flerpunktskølenetværk med en ekstremt kort cyklustid.
QQ sammenligner dette princip med et logistiknetværk. Ifølge dem er den gamle model som at transportere varer over lange afstande på en enkelt rute, med lange rejser og betydelige tab. I mellemtiden er MMC som at bygge distributionscentre på tværs af regionen, der muliggør varmeudveksling på stedet.
Dette design minimerer ikke blot væskefriktion og pumpetryk, men sikrer også en jævn fordeling af kølevæsken i hele chiprummet. Ujævn lokaliseret varmeafledning eller overophedning elimineres fuldstændigt, hvilket forhindrer chipdrosling eller funktionsfejl.
Desuden optimerede forskerne intelligent en række kerneparametre såsom bredde, højde, antal, layout af mikrokanaler og strømningshastighed i stedet for at forsøge at formindske størrelsen af røret.
For at filtrere det mest optimale design fra, byggede teamet et multi-fidelity optimeringsframework. Først brugte forskerne en højtydende 1D-model til hurtigt at screene en række grundlæggende designs og dermed eliminere ineffektive strukturer.
Dernæst vil teamet, ved hjælp af højpræcisions 3D-simuleringsteknologi, finjustere de mest lovende muligheder. Dette system optimerer tre kerneparametre samtidigt: termisk ydeevne, væsketrykfald og temperaturensartethed på tværs af chippen.
Som et resultat overvandt forskerholdet fuldstændigt problemet med ujævn væskefordeling, som var "akilleshælen" i tidligere MMC-studier verden over .
Under testen opnåede det nye kølesystem en ydelseskoefficient på 106.000 COP, et mål for den mængde varme, der fjernes pr. forbrugt energienhed.
Forskere siger, at dette tal er mere end 10 gange højere end den tidligere verdensrekord, der blev offentliggjort i tidsskriftet Nature i 2020. Med andre ord er denne nye innovation i stand til at køle den samme mængde varme med kun 1/10 af den energi, der kræves af den bedste chipkøleteknologi, der i øjeblikket er tilgængelig.
 |
Denne nye køleteknologi er 10 gange mere effektiv end den tidligere verdensrekord. Foto: KAIST.  Vietnam opfordrer amerikanske virksomheder til at udvide investeringerne i højteknologi.Om morgenen den 26. juni modtog vicepremierminister Ho Quoc Dung Jeff Place, forsyningskædedirektør for Coherent Group (USA), i regeringens hovedkvarter. Under mødet bekræftede vicepremierministeren, at Vietnam opfordrer amerikanske virksomheder til at udvide investeringerne, især inden for højteknologi, innovation og halvlederindustrier.  Opfordre amerikanske virksomheder til at udvide investeringer i højteknologiske sektorer.Vicepremierminister Ho Quoc Dung sagde, at Vietnam byder amerikanske virksomheder velkommen til at fortsætte med at udvide deres aktiviteter i Vietnam, især inden for højteknologiske industrier og sektorer med høj merværdi.  Vietnam og USA styrker samarbejdet om at håndtere konsekvenserne af krigen.VTV.vn - Den 22. juni modtog generalsekretær og præsident To Lam den fungerende sekretær for den amerikanske flåde, Hung Cao. |
Bemærkelsesværdigt nok er denne utrolige ydeevne helt uafhængig af luksuriøse fremstillingsprocesser eller dyre materialer. Fremstillingstemperaturen for den integrerede mikrokanal er under 350 °C, hvilket gør den fuldt kompatibel med nuværende store halvlederproduktionslinjer (CMOS).
Dette eliminerer behovet for, at fabrikker renoverer eller køber dyre maskiner, hvilket åbner døren for øjeblikkelig kommercialisering.
"Efterhånden som AI-chips ydeevne fortsætter med at eskalere, og avanceret elektronisk pakningsteknologi gentager sig, vil grænserne for hardwarekraft i stigende grad blive begrænset af temperatur."
"Denne højtydende væskekølingsteknologi vil blive den grundlæggende løsning for fremtidens computersystemer og bryde dødvandet i balancen mellem computerkraft og energiforbrug," hævdede professor Kim Sung-jin.
Kilde: https://znews.vn/day-la-cong-nghe-lam-mat-chip-hieu-qua-gap-10-lan-post1661387.html
