5 دقیقه
جنگلی مینیاتوری از خارهای مسی را تصور کنید که بهسوی تراشهای پرصدا و فعال قد میکشند؛ نوک هر خار طوری شکل داده شده که گرما را از تراشه دور کند. عجیب است، نه؟ اما همین تصویر اکنون به الگوی یک پیشرفت مهم در خنکسازی تبدیل شده است؛ پیشرفتی که میتواند شیوه مصرف برق در مراکز داده را دگرگون کند.
تقاضا برای مراکز داده بهسرعت در حال افزایش است. مصرف انرژی سرورها در ایالات متحده بین سالهای ۲۰۱۴ تا ۲۰۲۳ بیش از سه برابر شد و پیشبینی میشود تا سال ۲۰۲۸ دوباره دو تا سه برابر شود؛ یعنی ممکن است تا ۱۲ درصد از بار شبکه برق این کشور را به خود اختصاص دهد. البته فقط پردازش نیست که برق میبلعد: سامانههای خنکسازی و تجهیزات کمکی اغلب نزدیک به نیمی از هزینه انرژی یک مرکز داده را تشکیل میدهند. نتیجه روشن است: خنکسازی بهتر تراشه فقط یک ظرافت مهندسی نیست، بلکه ضرورتی اقلیمی و اقتصادی است.
در اینجا نوع تازهای از صفحه سردکننده مستقیم روی تراشه وارد میدان میشود که پژوهشگران دانشگاه ایلینوی در اربانا شمپین با همکاری تولیدکنندهای در سندیگو به نام فبریک۸لبز ساختهاند. در نگاه اول، ظاهر آن غیرمعمول است: بهجای پرههای صاف و مکعبی، تیم پژوهشی برجستگیهایی دندانهدار و تیغمانند از مس خالص تولید کرده است. این طراحی حاصل کار یک مجسمهساز الگوریتمی به نام بهینهسازی توپولوژی است. کار با یک مستطیل آغاز میشود، سپس ریاضیات در طول تکرارهای شبیهسازیشده فراوان آن را خم میکند، میتراشد و هرس میکند تا در نهایت به شکلهایی برسد که شهود انسانی بهندرت آنها را تصور میکند.
چرا دندانهدار؟ چون انتقال حرارت به هندسه وابسته است. نوکهای تیز و لبههای نامنظم، سطح تماس با مایع خنککننده را افزایش میدهند و مسیرهای جریانی ایجاد میکنند که گرما را با کارایی بیشتری دور میبرند. از آنجا که مهندسان توان پمپاژ را نیز بخشی از فرایند بهینهسازی در نظر گرفتند، نتیجه میان دو نیاز رقیب تعادل برقرار میکند: انتقال سریع گرما، بدون آنکه پمپها مجبور شوند سختتر کار کنند. به گفته نناد میلکوویچ از دانشگاه ایلینوی، این روش به طرحهایی همگرا میشود که عملکرد حرارتی را به حداکثر و توان پمپاژ را به حداقل میرسانند.
اما شکلهایی از این دست مانع تازهای ایجاد میکنند: چگونه باید آنها را ساخت؟ مس رسانایی حرارتی بسیار خوبی دارد، اما در روشهای رایج ساخت افزودنی، کار با آن بهطرز معروفی دشوار است. راهحل این تیم، ساخت افزودنی الکتروشیمیایی یا ایکم بود. در این روش، بهجای ذوب فلز، مس از طریق آبکاری الکتریکی لایهبهلایه رسوب داده میشود و جزئیاتی در حد ۳۰ تا ۵۰ میکرومتر تولید میکند؛ ظریفتر از قطر موی انسان. همین دقت باعث میشود هندسه دندانهدار از یک نمونه نمایشی در طراحی رایانهای فراتر برود و به قطعهای واقعی و قابل استفاده تبدیل شود.
دستاورد این فناوری ملموس است. در مقایسه با صفحات سردکننده متعارف که از پرههای مستطیلی ساده استفاده میکنند، صفحات مس خالص بهینهسازیشده با توپولوژی، در جریان یکسان تا ۳۲ درصد خنکسازی بهتر ارائه کردند و در عین حفظ عملکرد حرارتی، افت فشار را تا ۶۸ درصد کاهش دادند. اگر این مزایا در یک مرکز داده پرتراکم و نسل آینده در مقیاس بزرگ پیادهسازی شود، سهم خنکسازی میتواند به حدود ۱.۱ درصد از کل مصرف انرژی کاهش یابد؛ در حالی که این سهم در برخی آرایشهای خنکسازی هوایی امروزی حدود ۳۰ درصد است. این اعداد آنقدر بزرگ هستند که بتوانند برنامهریزی ظرفیت و اهداف پایداری اپراتورها را تغییر دهند.
پیامدهای گستردهتری نیز وجود دارد. خنکسازی مایع مستقیم روی تراشه همین حالا هم برای رایانش با کارایی بالا و خوشههای هوش مصنوعی که چگالی گرما در آنها جهش میکند، جذاب است. اما این روند کاری، یعنی پیوند بهینهسازی توپولوژی با ساخت افزودنی الکتروشیمیایی، میتواند برای چالشهای متنوع خنکسازی در مقیاسهای مختلف سازگار شود؛ از میکروالکترونیک گرفته تا مبدلهای حرارتی بزرگتر. به بیان دیگر، این فقط یک محصول تکمنظوره نیست، بلکه روشی برای بازاندیشی در شکلدهی فلز بهمنظور کنترل گرما است.
البته موانع عملی همچنان باقی است: ساخت افزودنی الکتروشیمیایی هنوز روشی نوظهور است و پیش از آنکه جایگزین راهکارهای جاافتاده شود، به مقیاسپذیری صنعتی، تحلیل هزینه و آزمونهای قابلیت اطمینان بلندمدت نیاز دارد. با این حال، ترکیب طراحی ریاضی و ساخت دقیق الکتروشیمیایی مسیر آیندهداری پیش رو میگذارد. وقتی تراشهها زیر بار کاری به مرز فریاد میرسند، همیشه سیلیکون بیشتر مشکل را حل نمیکند؛ گاهی پاسخ در مهندسی دقیقتر و هوشمندانهتر است.
اگر مراکز داده این صفحات مسی دندانهدار را در مقیاس گسترده بهکار بگیرند، نقشه انرژی رایانش ابری با چه سرعتی دوباره ترسیم خواهد شد؟ ابزارها آمادهاند؛ اکنون مسئله این است که آیا صنعت جسارت ورود جدی به این مسیر را دارد یا نه.
منبع: sciencealert
نظرات
توربوریدر
ایده خفن، اما ۳۰-۵۰ میکرون تو تولید انبوه چقدر دردسر درست میکنه؟ حس میکنم کمی اغراق دارن، با این حال مسیر درستی رو نشان میده.
کوینکس
اعداد جذابه ولی جدی سواله: هزینه تولید و نگهداری چی میشه؟ ایکم تو طولانیمدت پایدار میمونه یا فقط تو آزمايشگاه جواب میده؟
دیتاویو
وااای تصورش هیجانانگیزه! این تیغههای مسی انگار حرارت رو میبلعن، حیف که هنوز صنعتی نشده امیدوارم زود مقیاس پذیر بشه.
ارسال نظر