滑滴冷却技術がコンピュータチップの温度を15秒以内に30.6華氏度下げる

滑鉄盧大学のエンジニアが開発した混合冷却方法は、水浴と単滴沸騰冷却液を組み合わせてコンピュータチップの熱点を冷却するものである。大学の11月10日の報告によれば、実験室でのテストでは、一滴の冷却液が15秒以内に模擬熱点の温度を最大30.6華氏度（17摂氏度）下げることが示された。人工知能（AI）ワークロードを運用するデータセンターは大量の熱を発生させるため、オペレーターはますますチップを冷却液に浸すようになっている。しかし、チップの小さな領域は数秒以内に非常に熱くなる可能性があり、これがチップの性能低下、寿命短縮、信頼性低下を引き起こすことがある。

大学は、流動する冷却液の反応が遅すぎると指摘している。滑鉄盧の設計はタスクを分離し、安価な去イオン水が安定した熱を処理し、高価な冷却液が熱のピークを処理するようにしている。この設計は、チップが必要とする時と場所でのみ高価な冷却液を使用することを目的としており、これによりAIデータセンターの冷却コストを削減できる可能性がある。

新冷却技術の設計理念

滑鉄盧大学の機械および機電工学教授Sushanta Mitraは、博士後研究員Tian-Yu Zhangおよび博士生Arnav Banerjeeと協力して、実験テストを含む関連の同行審査研究を行った。研究チームは、水よりも沸点が低い電子冷却液を選択した。この冷却液は重いため、混ざらずに熱点に留まる。Mitraは、沸騰が大量の熱を吸収し、上昇する気泡が水を攪拌して熱をより早く取り去ることを説明した。彼は「必要な場所と時間でのみ沸騰の効果を得ることができた」と付け加えた。

研究チームはその後、冷却液滴をシリコンオイルの外皮で包み、小さな導熱セラミック粒子が液滴の沸騰速度を制御するのを助けた。論文の要約によれば、約93ワット毎平方インチ（14.4ワット毎平方センチメートル）の熱通量の下で、熱点中心は15秒以内に約30.6華氏度冷却された。

潜在的な応用と課題

Microsoftは2021年に、冷却液がサーバー上で沸騰する二相浸漬冷却槽を説明した。研究者たちは二つの配信経路を想定した。冷却液滴は水中で自由に循環し、熱点に到達したときに起動するか、またはセンサーが熱点を検出し、直接その位置に液滴を送ることができる。大学はまた、電動車、バッテリー、高出力レーザーおよびLED照明を可能な応用分野として挙げた。他のチームはチップ内部でこの問題を解決している。北京大学の研究者は、熱点近くで絶縁液体が沸騰する埋め込み冷却設計を説明し、韓国科学技術院の研究者はシリコン内に水路を彫刻している。

これらの結果には一定の制限がある。30.6度のデータは模擬チップ上の一つの熱通量に適用され、実際に運用されているサーバーには適用されない。この報告では、液滴の交換方法、データセンターに必要な冷却液の量、または冷却コストについては言及されていない。二つの配信経路は単に想定として記述されている。このシステムはまだ開発中であり、報告には実際のチップ試験のタイムラインは示されていない。関連研究結果は『コロイドと界面科学ジャーナル』第725巻に発表された。

新冷却技術の潜在能力と課題

滑鉄盧大学の混合冷却技術は、データセンターおよび高性能計算分野において、チップの過熱問題を効果的に解決する方法を示している。去イオン水と特定の冷却液を組み合わせることで、この技術は冷却効率を向上させるだけでなく、運用コストを削減する可能性も秘めている。しかし、この技術はまだ開発中であり、液滴の交換頻度や冷却液の需要量など、いくつかの未解決の課題が存在する。これらの要素は、特に大規模データセンターの運用における実際の応用可能性に影響を与えるだろう。