Centra danych AI często porównuje się do „prądożernych potworów”, ponieważ proces obliczeniowy AI zużywa ogromne ilości energii i generuje stałe ciepło, co z kolei wymaga systemu chłodzenia, który zużywa podobną ilość prądu.
Szybki rozwój modeli na dużą skalę i generowanie sztucznej inteligencji doprowadziły do wzrostu wydajności układów scalonych i większej integracji, czego efektem jest wykładniczy wzrost rozpraszania ciepła na jednostkę powierzchni.
Jednak tradycyjne metody chłodzenia oparte na wentylatorach lub zewnętrznych miedzianych radiatorach osiągnęły już swoje granice wytrzymałości fizycznej i nie są w stanie sprostać wymogom ciągłego odprowadzania ciepła. Dlatego systemy chłodzenia o ekstremalnie wysokiej gęstości przepływu ciepła stanowią zasadniczy problem utrudniający rozwój zaawansowanych możliwości obliczeniowych.
Bezpośrednia integracja z krzemem
Aby rozwiązać ten problem, zespół badawczy z Koreańskiego Instytutu Zaawansowanej Nauki i Technologii (KAIST) zajął się technologią zarządzania temperaturą na poziomie układów scalonych.
 |
Płyty główne serwerów centrów danych są chłodzone poprzez zanurzenie w obojętnej cieczy. Źródło: Green Revolution Cooling. |
Pomysł polega na stworzeniu wydajnego układu chłodzenia cieczą, który będzie osadzony bezpośrednio wewnątrz układu scalonego, co stanowi zupełnie nowe rozwiązanie.
Po okresie badań interdyscyplinarny zespół pod przewodnictwem profesora Kim Sung-jina (Wydział Inżynierii Mechanicznej) i profesora Lee Ik-jina (Sztuczna Inteligencja i Informatyka) pokonał wyzwanie związane z odprowadzaniem ciepła w przypadku układów scalonych o dużym obciążeniu.
Mówiąc wprost, największą praktyczną zaletą tej technologii jest to, że może ona bezpośrednio wykorzystywać czystą wodę o temperaturze pokojowej jako chłodziwo, precyzyjnie obniżając temperaturę układów scalonych półprzewodnikowych pracujących pod dużym obciążeniem, bez konieczności stosowania wody o niskiej temperaturze lub specjalistycznych rozwiązań chłodzących.
Zdaniem zespołu badawczego kluczem do sukcesu jest bezpośrednie osadzanie mikrokanałów o średnicach znacznie mniejszych od średnicy ludzkiego włosa wewnątrz krzemowej struktury układu scalonego, tworząc w ten sposób jednolitą całość.
Dane z testów przeprowadzonych w warunkach rzeczywistych pokazują, że nawet w ekstremalnych warunkach generowania ciepła, sięgających 2000 W/cm², ten system chłodzenia pozostaje stabilny, utrzymując temperaturę rdzenia układu scalonego poniżej 100°C, co gwarantuje maksymalną wydajność pracy urządzenia.
Struktura mikrokanałowa kolektora
W porównaniu z obecnymi technologiami chłodzenia, nacisk w tych badaniach nad innowacją leży w osadzonej w układzie scalonym architekturze Microchannel Manifold (MMC).
W tradycyjnym chłodzeniu mikrokanalikowym chłodziwo musi przepływać nieprzerwanie od jednego końca układu scalonego do drugiego. Ta nadmiernie długa droga znacznie zwiększa opory przepływu.
 |
Model architektury kolektora mikrokanałowego (MMC). Obraz: KAIST. |
Aby utrzymać cyrkulację, system jest zmuszony używać pompy o większej mocy, co powoduje wzrost zużycia energii, zmniejszenie ogólnej wydajności odprowadzania ciepła i wyższe długoterminowe koszty operacyjne.
Tymczasem struktura przepływu MMC całkowicie redefiniuje tę logikę cyrkulacji. Dystrybuując chłodziwo przez wiele rozproszonych wlotów, kończąc proces wymiany ciepła, a następnie natychmiast gromadząc je przez wiele wylotów, system tworzy wielopunktową sieć chłodzenia o wyjątkowo krótkim czasie cyklu.
QQ porównuje tę zasadę do sieci logistycznej. Według nich, stary model przypomina transport towarów na duże odległości jedną trasą, z długimi trasami i znacznymi stratami. Tymczasem MMC przypomina budowę centrów dystrybucyjnych w całym regionie, umożliwiających wymianę ciepła na miejscu.
Taka konstrukcja nie tylko minimalizuje tarcie płynu chłodzącego i ciśnienie pompy, ale także zapewnia równomierne rozprowadzenie płynu chłodzącego w całej przestrzeni między chipami. Nierównomierne, lokalne rozpraszanie ciepła lub przegrzanie jest całkowicie wyeliminowane, zapobiegając dławieniu się chipów lub ich awariom.
Co więcej, zamiast podejmować próby zmniejszenia rozmiaru przewodu, naukowcy inteligentnie zoptymalizowali szereg kluczowych parametrów, takich jak szerokość, wysokość, liczba i układ mikrokanałów oraz szybkość przepływu.
Aby odfiltrować najbardziej optymalny projekt, zespół stworzył wielowymiarowy model optymalizacji. Najpierw naukowcy wykorzystali wysokowydajny model 1D do szybkiego sprawdzenia serii podstawowych projektów, eliminując nieefektywne struktury.
Następnie zespół, wykorzystując technologię precyzyjnej symulacji 3D, dopracuje najbardziej obiecujące opcje. System ten optymalizuje jednocześnie trzy podstawowe parametry: wydajność termiczną, spadek ciśnienia płynu i równomierność temperatury na chipie.
Dzięki temu zespołowi badawczemu udało się całkowicie pokonać problem nierównomiernego rozprowadzania płynu, który stanowił „piętę achillesową” poprzednich badań nad MMC na całym świecie .
Podczas testów nowy system chłodzenia osiągnął współczynnik wydajności wynoszący 106 000 COP, co jest miarą ilości ciepła usuwanego na jednostkę zużytej energii.
Naukowcy twierdzą, że wynik ten jest ponad 10 razy wyższy od poprzedniego światowego rekordu, opublikowanego w czasopiśmie Nature w 2020 roku. Innymi słowy, ta innowacja jest w stanie schłodzić tę samą ilość ciepła, zużywając zaledwie 1/10 energii wymaganej przez najlepszą obecnie dostępną technologię chłodzenia chipów.
 |
Ta nowa technologia chłodzenia jest 10 razy wydajniejsza od poprzedniego rekordu świata. Zdjęcie: KAIST.  Ministerstwo Spraw Zagranicznych otrzymało kopię listu uwierzytelniającego ambasadora USA w Wietnamie.Po południu 2 lipca w siedzibie Ministerstwa Spraw Zagranicznych pan Le Cong Dung, dyrektor Departamentu Protokołu Państwowego i Tłumaczeń Zagranicznych, otrzymał kopię Listu Uwierzytelniającego od pani Jennifer Wicks, ambasador Stanów Zjednoczonych Ameryki w Wietnamie.  Ambasador Nguyen Quoc Dung odwiedza i pracuje w Minnesocie, USA.W dniach 28-30 czerwca ambasador Wietnamu w Stanach Zjednoczonych, Nguyen Quoc Dung, złożył wizytę i pracował w Minnesocie.  Wietnam zachęca amerykańskie przedsiębiorstwa do zwiększenia inwestycji w zaawansowane technologie.Rankiem 26 czerwca w siedzibie rządu wicepremier Ho Quoc Dung przyjął Jeffa Place'a, dyrektora ds. łańcucha dostaw w Coherent Group (USA). Podczas spotkania wicepremier potwierdził, że Wietnam zachęca amerykańskie firmy do zwiększania inwestycji, zwłaszcza w branżę zaawansowanych technologii, innowacji i półprzewodników. |
Co ciekawe, ta niesamowita wydajność jest całkowicie niezależna od skomplikowanych procesów produkcyjnych i drogich materiałów. Temperatura produkcji zintegrowanego mikrokanalika wynosi poniżej 350°C, co zapewnia jego pełną kompatybilność z obecnymi liniami produkcyjnymi półprzewodników wielkoskalowych (CMOS).
Dzięki temu fabryki nie muszą odnawiać ani kupować drogich maszyn, co otwiera drzwi do natychmiastowej komercjalizacji.
„W miarę jak wydajność układów AI stale rośnie, a zaawansowana technologia pakowania układów elektronicznych postępuje, ograniczenia mocy sprzętu będą coraz bardziej ograniczane przez temperaturę”.
„Ta wysoce wydajna technologia chłodzenia cieczą stanie się podstawowym rozwiązaniem dla przyszłych systemów komputerowych, przełamując impas w kwestii równowagi między mocą obliczeniową a zużyciem energii” – zapewnił profesor Kim Sung-jin.
Źródło: https://znews.vn/day-la-cong-nghe-lam-mat-chip-hieu-qua-gap-10-lan-post1661387.html
