- มหาวิทยาลัย Waterloo พัฒนาเทคนิคการระบายความร้อนแบบผสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนของชิป
- การออกแบบใหม่ใช้การอาบน้ำด้วยน้ำบริสุทธิ์และของเหลวระบายความร้อนที่มีราคาแพงเพื่อลดต้นทุนการระบายความร้อน
- ทีมวิจัยเลือกใช้ของเหลวระบายความร้อนที่มีจุดเดือดต่ำเพื่อดูดซับความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ
- เทคโนโลยีนี้อาจนำไปใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าและอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานสูงอื่นๆ
วิศวกรจากมหาวิทยาลัย Waterloo ได้พัฒนาเทคนิคการระบายความร้อนแบบผสม โดยการรวมการอาบน้ำด้วยน้ำและการใช้ของเหลวระบายความร้อนแบบหยดเดียว เพื่อทำการระบายความร้อนจุดร้อนของชิปคอมพิวเตอร์ ตามรายงานของมหาวิทยาลัยเมื่อวันที่ 10 พฤศจิกายน การทดสอบในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าหยดของเหลวระบายความร้อนสามารถลดอุณหภูมิของจุดร้อนจำลองลงได้สูงสุดถึง 30.6 องศาฟาเรนไฮต์ (17 องศาเซลเซียส) ศูนย์ข้อมูลที่ทำงานด้วยภาระงานปัญญาประดิษฐ์ (AI) จะสร้างความร้อนจำนวนมาก ดังนั้นผู้ปฏิบัติงานจึงเริ่มนำชิปไปแช่ในของเหลวระบายความร้อนมากขึ้น อย่างไรก็ตาม พื้นที่ขนาดเล็กของชิปอาจยังทำงานได้ร้อนมากในเวลาไม่กี่วินาที ซึ่งอาจส่งผลให้ประสิทธิภาพของชิปลดลง อายุการใช้งานสั้นลง และความเชื่อถือได้ลดลง
มหาวิทยาลัยระบุว่าของเหลวระบายความร้อนที่ไหลมีปฏิกิริยาช้าเกินไป การออกแบบของ Waterloo จะแยกภารกิจ โดยน้ำบริสุทธิ์ราคาถูกจะจัดการกับความร้อนที่คงที่ ในขณะที่หยดของเหลวระบายความร้อนที่มีราคาแพงจะจัดการกับความร้อนที่พีค การออกแบบนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ของเหลวระบายความร้อนที่มีราคาแพงเฉพาะเมื่อจำเป็นและในสถานที่ที่ต้องการ ซึ่งอาจช่วยลดต้นทุนการระบายความร้อนในศูนย์ข้อมูล AI
แนวคิดการออกแบบเทคโนโลยีการระบายความร้อนใหม่
ศาสตราจารย์ Sushanta Mitra แห่งภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและวิศวกรรมไฟฟ้าของมหาวิทยาลัย Waterloo ได้ร่วมมือกับนักวิจัยหลังปริญญาเอก Tian-Yu Zhang และนักศึกษาปริญญาเอก Arnav Banerjee ในการทำการวิจัยที่ผ่านการตรวจสอบโดยเพื่อน ซึ่งครอบคลุมการทดสอบในห้องปฏิบัติการ ทีมวิจัยเลือกใช้ของเหลวระบายความร้อนที่มีจุดเดือดต่ำกว่าน้ำ ของเหลวระบายความร้อนนี้ยังมีน้ำหนักมากกว่า จึงไม่ผสมและคงอยู่ที่จุดร้อน Mitra กล่าวว่าการเดือดสามารถดูดซับความร้อนได้มาก และฟองอากาศที่ลอยขึ้นจะช่วยกระจายความร้อนในน้ำให้เร็วขึ้น เขาเสริมว่า "เราได้รับผลของการเดือด แต่เฉพาะในที่ที่และเวลาที่ต้องการเท่านั้น"
ทีมวิจัยได้ห่อหยดของเหลวระบายความร้อนด้วยเปลือกซิลิโคน โดยอนุภาคเซรามิกนำความร้อนขนาดเล็กช่วยควบคุมความเร็วในการเดือดของหยด ตามที่สรุปในเอกสาร ในอัตราความร้อนประมาณ 93 วัตต์ต่อตารางนิ้ว (14.4 วัตต์ต่อเซนติเมตรสี่เหลี่ยม) จุดร้อนกลางสามารถลดอุณหภูมิลงได้ประมาณ 30.6 องศาฟาเรนไฮต์ในเวลา 15 วินาที
การใช้งานที่เป็นไปได้และความท้าทาย
Microsoft ได้อธิบายถึงถังระบายความร้อนแบบสองเฟสในปี 2021 ซึ่งของเหลวระบายความร้อนจะเดือดบนเซิร์ฟเวอร์ นักวิจัยได้จินตนาการถึงสองเส้นทางในการจัดส่ง หยดของเหลวระบายความร้อนสามารถไหลเวียนในน้ำได้อย่างอิสระและเริ่มทำงานเมื่อถึงจุดร้อน หรือเซ็นเซอร์สามารถตรวจจับจุดร้อนและส่งหยดไปยังตำแหน่งเหล่านั้นโดยตรง มหาวิทยาลัยยังได้ระบุถึงรถยนต์ไฟฟ้า แบตเตอรี่ เลเซอร์พลังงานสูง และไฟ LED เป็นพื้นที่การใช้งานที่เป็นไปได้ ทีมงานอื่นๆ กำลังแก้ปัญหานี้ภายในชิป นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยปักกิ่งได้อธิบายถึงการออกแบบการระบายความร้อนแบบฝังตัวซึ่งทำให้ของเหลวที่เป็นฉนวนเดือดใกล้จุดร้อน ในขณะที่นักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งเกาหลีได้แกะสลักทางน้ำในซิลิคอน
ผลลัพธ์เหล่านี้มีข้อจำกัดบางประการ ข้อมูล 30.6 องศานี้ใช้สำหรับอัตราความร้อนหนึ่งในชิปจำลอง ไม่ใช่เซิร์ฟเวอร์ที่ทำงานจริง รายงานไม่ได้ระบุว่าหยดจะถูกเปลี่ยนอย่างไร ศูนย์ข้อมูลต้องการของเหลวระบายความร้อนมากเพียงใด หรือค่าใช้จ่ายในการระบายความร้อน เส้นทางการจัดส่งทั้งสองถูกอธิบายเพียงว่าเป็นแนวคิด ระบบนี้ยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา และรายงานไม่ได้ให้กำหนดการสำหรับการทดสอบชิปจริง ผลการวิจัยที่เกี่ยวข้องถูกเผยแพร่ในวารสาร Colloids and Interfaces Science ฉบับที่ 725
ศักยภาพและความท้าทายของเทคโนโลยีการระบายความร้อนใหม่
เทคโนโลยีการระบายความร้อนแบบผสมจากมหาวิทยาลัย Waterloo แสดงให้เห็นถึงวิธีการแก้ปัญหาความร้อนเกินของชิปอย่างมีประสิทธิภาพในศูนย์ข้อมูลและการคำนวณประสิทธิภาพสูง โดยการรวมการใช้น้ำบริสุทธิ์และของเหลวระบายความร้อนเฉพาะ เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่เพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อน แต่ยังมีศักยภาพในการลดต้นทุนในการดำเนินงาน อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยียังอยู่ในระหว่างการพัฒนา และมีความท้าทายที่ยังไม่ได้แก้ไข เช่น ความถี่ในการเปลี่ยนหยดและความต้องการของเหลวระบายความร้อน ปัจจัยเหล่านี้จะส่งผลต่อความเป็นไปได้ในการใช้งานจริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่