مراکز داده هوش مصنوعی اغلب به "هیولاهای تشنه برق" تشبیه میشوند، زیرا فرآیند محاسبات هوش مصنوعی مقدار زیادی انرژی مصرف میکند و گرمای ثابتی تولید میکند که به نوبه خود به یک سیستم خنککننده با مصرف برق مشابه نیاز دارد.
توسعه سریع مدلهای بزرگمقیاس و تولید هوش مصنوعی منجر به افزایش عملکرد تراشه و ادغام متراکمتر شده است که منجر به افزایش نمایی اتلاف گرما در واحد سطح میشود.
با این حال، روشهای خنکسازی سنتی مبتنی بر فن یا هیت سینکهای مسی خارجی اکنون به محدودیتهای فیزیکی خود رسیدهاند و نمیتوانند نیازهای دفع مداوم گرما را برآورده کنند. بنابراین، سیستمهای خنککننده با چگالی شار حرارتی بسیار بالا، یک مشکل اساسی است که مانع توسعه قابلیتهای محاسباتی سطح بالا میشود.
ادغام مستقیم در سیلیکون
برای حل این مشکل، یک تیم تحقیقاتی در موسسه پیشرفته علوم و فناوری کره (KAIST) به بررسی فناوری مدیریت حرارتی در سطح تراشه پرداخت.
 |
مادربردهای سرورهای مراکز داده با غوطهوری در یک مایع بیاثر خنک میشوند. منبع: Green Revolution Cooling. |
ایده، ایجاد یک سیستم خنککننده مایع کارآمد است که مستقیماً درون تراشه تعبیه شود و یک راهحل کاملاً جدید ارائه دهد.
پس از یک دوره تحقیق، یک تیم میان رشتهای به رهبری پروفسور کیم سونگ-جین (از دپارتمان مهندسی مکانیک) و پروفسور لی ایک-جین (از دپارتمان هوش مصنوعی و محاسبات) بر چالش اتلاف گرما برای تراشههای با بار بیش از حد غلبه کردند.
به طور خاص، بزرگترین مزیت عملی این فناوری این است که میتواند مستقیماً از آب تمیز در دمای اتاق به عنوان خنککننده استفاده کند و دقیقاً دمای تراشههای نیمههادی را که تحت بار زیاد کار میکنند، بدون تکیه بر آب با دمای پایین یا راهحلهای خنککننده تخصصی، کاهش دهد.
به گفته تیم تحقیقاتی، کلید حل این مشکل، جاسازی مستقیم میکروکانالها، با قطرهایی بسیار کوچکتر از موی انسان، درون ساختار سیلیکونی تراشه نیمههادی است تا یک کل یکپارچه تشکیل شود.
دادههای آزمایشهای دنیای واقعی نشان میدهد که حتی در شرایط تولید گرمای شدید تا ۲۰۰۰ وات بر سانتیمتر مربع، این سیستم خنککننده پایدار میماند و دمای هسته تراشه را زیر ۱۰۰ درجه سانتیگراد نگه میدارد و عملکرد دستگاه را با حداکثر راندمان تضمین میکند.
ساختار میکروکانال منیفولد
در مقایسه با فناوریهای خنککننده فعلی، تمرکز این نوآوری تحقیقاتی بر معماری منیفولد میکروکانال (MMC) تعبیهشده در تراشه است.
در خنکسازی میکروکانال سنتی، مایع خنککننده باید بهطور مداوم از یک سر تراشه به سر دیگر آن جریان یابد. این مسافت طولانیِ طیشده، مقاومت جریان را بهطور قابلتوجهی افزایش میدهد.
 |
مدل معماری منیفولد میکروکانال (MMC). تصویر: KAIST. |
برای حفظ گردش، سیستم مجبور به استفاده از توان پمپ بیشتری میشود که منجر به افزایش مصرف انرژی، کاهش راندمان کلی دفع حرارت و افزایش هزینههای عملیاتی در درازمدت میشود.
در همین حال، ساختار جریان MMC این منطق گردش را کاملاً از نو تعریف میکند. با توزیع مایع خنککننده در چندین ورودی پراکنده، تکمیل فرآیند تبادل گرما و سپس جمعآوری فوری آن از طریق چندین خروجی، سیستم یک شبکه خنککننده چند نقطهای با زمان چرخه بسیار کوتاه ایجاد میکند.
کیوکیو این اصل را به یک شبکه لجستیک تشبیه میکند. به گفته آنها، مدل قدیمی مانند حمل کالا در مسافتهای طولانی در یک مسیر واحد است که سفرهای طولانی و تلفات قابل توجهی را به همراه دارد. در همین حال، امامسی مانند ساخت مراکز توزیع در سراسر منطقه است که تبادل گرما در محل را تسهیل میکند.
این طراحی نه تنها اصطکاک سیال و فشار پمپ را به حداقل میرساند، بلکه توزیع یکنواخت سیال خنککننده را در سراسر فضای تراشه تضمین میکند. اتلاف حرارت موضعی ناهموار یا گرمای بیش از حد به طور کامل از بین میرود و از خفگی یا نقص تراشه جلوگیری میکند.
علاوه بر این، محققان به جای تلاش برای کوچک کردن اندازه مجرا، به طور هوشمندانه مجموعهای از پارامترهای اصلی مانند عرض، ارتفاع، تعداد، چیدمان میکروکانالها و سرعت جریان را بهینه کردند.
برای فیلتر کردن بهینهترین طرح، تیم یک چارچوب بهینهسازی چندوجهی ساخت. ابتدا، دانشمندان از یک مدل یکبعدی با کارایی بالا برای غربالگری سریع مجموعهای از طرحهای اولیه استفاده کردند و ساختارهای ناکارآمد را حذف کردند.
در مرحله بعد، تیم با استفاده از فناوری شبیهسازی سهبعدی با دقت بالا، امیدوارکنندهترین گزینهها را تنظیم خواهد کرد. این سیستم سه معیار اصلی را به طور همزمان بهینه میکند: عملکرد حرارتی، افت فشار سیال و یکنواختی دما در سراسر تراشه.
در نتیجه، تیم تحقیقاتی به طور کامل بر مشکل توزیع ناهموار سیال، که "پاشنه آشیل" مطالعات قبلی MMC در سراسر جهان بود، غلبه کرد.
در طول آزمایش، سیستم خنککننده جدید به ضریب عملکرد ۱۰۶۰۰۰ COP دست یافت، معیاری برای میزان گرمای حذفشده به ازای واحد انرژی مصرفی.
محققان میگویند این رقم بیش از ۱۰ برابر بیشتر از رکورد جهانی قبلی است که در سال ۲۰۲۰ در مجله Nature منتشر شد. به عبارت دیگر، این نوآوری جدید قادر است همان مقدار گرما را تنها با ۱/۱۰ انرژی مورد نیاز بهترین فناوری خنککننده تراشه موجود در حال حاضر، خنک کند.
 |
این فناوری خنککننده جدید ۱۰ برابر کارآمدتر از رکورد جهانی قبلی است. عکس: KAIST.  ویتنام شرکتهای آمریکایی را به گسترش سرمایهگذاری در فناوری پیشرفته تشویق میکند.صبح روز 26 ژوئن، در دفتر مرکزی دولت، هو کوک دونگ، معاون نخست وزیر، آقای جف پلیس، مدیر زنجیره تأمین گروه Coherent (ایالات متحده آمریکا) را به حضور پذیرفت. در طول این دیدار، معاون نخست وزیر تأیید کرد که ویتنام، کسب و کارهای آمریکایی را به گسترش سرمایهگذاری، به ویژه در صنایع فناوری پیشرفته، نوآوری و نیمههادی، تشویق میکند.  تشویق کسبوکارهای آمریکایی به گسترش سرمایهگذاری در بخشهای فناوری پیشرفته.هو کوک دونگ، معاون نخست وزیر، گفت که ویتنام از گسترش فعالیتهای شرکتهای آمریکایی در ویتنام، به ویژه در صنایع پیشرفته و بخشهایی با ارزش افزوده بالا، استقبال میکند.  ویتنام و ایالات متحده همکاری خود را در مقابله با پیامدهای جنگ تقویت میکنند.VTV.vn - در 22 ژوئن، دبیر کل و رئیس جمهور، تو لام، وزیر موقت نیروی دریایی ایالات متحده، هونگ کائو، را به حضور پذیرفت. |
نکته قابل توجه این است که این عملکرد باورنکردنی کاملاً مستقل از فرآیندهای تولید لوکس یا مواد گرانقیمت است. دمای ساخت میکروکانال یکپارچه زیر ۳۵۰ درجه سانتیگراد است که آن را کاملاً با خطوط تولید نیمههادی در مقیاس بزرگ (CMOS) فعلی سازگار میکند.
این امر نیاز کارخانهها به نوسازی یا خرید ماشینآلات گرانقیمت را از بین میبرد و در را به روی تجاریسازی فوری میگشاید.
«همچنان که عملکرد تراشههای هوش مصنوعی همچنان رو به افزایش است و فناوری پیشرفته بستهبندی الکترونیکی خود را تکرار میکند، محدودیتهای قدرت سختافزار به طور فزایندهای توسط دما محدود خواهد شد.»
پروفسور کیم سونگ-جین اظهار داشت: «این فناوری خنککننده مایع با کارایی بالا، به راهحل اساسی برای سیستمهای محاسباتی آینده تبدیل خواهد شد و بنبست موجود در ایجاد تعادل بین قدرت محاسباتی و مصرف انرژی را از بین خواهد برد.»
منبع: https://znews.vn/day-la-cong-nghe-lam-mat-chip-hieu-qua-gap-10-lan-post1661387.html
