O resfriamento do chip é a resposta para o problema de resfriamento do data center?

Dec 02, 2023

Soni Brown | 29 de agosto de 2023

Os data centers são conhecidos pelo seu alto consumo de energia, com equipamentos de refrigeração representando quase 30% do consumo total de energia. Data centers com projetos térmicos de processador podem gerar de 20 a 50 MW de calor, de acordo com Hugh Hudson, gerente de mercado de data center da Daikin Applied, uma empresa de refrigeração comercial. À luz disto, os investigadores estão a explorar métodos de arrefecimento de chips para mitigar a carga energética e melhorar a eficiência nos centros de dados.

O programa COOLERCHIPS do Departamento de Energia dos EUA concedeu recentemente à Purdue University um prêmio substancial para avançar em seus esforços pioneiros no desenvolvimento de soluções de resfriamento mais eficientes para data centers. Com foco na redução do uso de energia e no aumento da eficiência do resfriamento, a Purdue pretende revolucionar a forma como os chips são resfriados.

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O crescimento exponencial dos centros de dados num mundo digital cada vez maior levou a investimentos significativos em investigação, especialmente no arrefecimento de chips. O arrefecimento dos microchips – principais componentes que consomem energia nos centros de dados – por si só pode ser responsável por 40% da utilização total de energia num centro de dados, e a procura de água como recurso de arrefecimento está a tornar-se um problema generalizado. As organizações estão agora a dar prioridade à conservação da água como parte dos seus esforços de sustentabilidade.

Yongsuk Choi, diretor de estratégia e infraestrutura da Empyrion DC, uma empresa de plataforma de infraestrutura digital, afirma que os aplicativos de inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML) estão realmente “moldando a indústria de data centers”.

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"Esse crescimento na computação de alta capacidade causou um aumento dramático de 200% na densidade do rack, para 20-30KW por rack hoje", disse Choi ao Data Center Knowledge. "É aqui que entra o resfriamento do microchip. Em comparação com o resfriamento a ar convencional, que requer o resfriamento de todo o serviço, o resfriamento do microchip é muito mais direcionado e aborda a fonte direta de calor no chip nível, alcançando um resfriamento mais rápido com menos consumo de energia. Prevemos uma maior adoção do resfriamento de microchips pelas operadoras de data centers”.

Para enfrentar os desafios e explorar novas abordagens para resfriamento de chips, o DOE lançou o programa Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) Cooling Operations Optimized for Leaps in Energy, Reliability, and Carbon Hyperefficiency for Information Processing Systems — ou COOLERCHIPS. Este programa visa impulsionar avanços na tecnologia de resfriamento por meio da colaboração entre a academia, a indústria e os laboratórios nacionais do governo.

Em maio, o programa COOLERCHIPS concedeu US$ 40 milhões em financiamento para apoiar pesquisas nesta área, com o objetivo de reduzir o impacto ambiental dos data centers através do desenvolvimento de "tecnologias de resfriamento altamente eficientes e confiáveis".

A Purdue University, que recebeu uma doação de US$ 1,8 milhão no âmbito do programa COOLERCHIPS, está na vanguarda do desenvolvimento de soluções inovadoras de resfriamento de chips. A pesquisa da universidade vai além do resfriamento de microchips e embalagens semicondutoras, visando otimizar a transferência de calor entre os componentes do data center. Ao melhorar o desempenho térmico e reduzir a potência de bombeamento, o objetivo da Purdue é revolucionar a forma como os data centers são resfriados.

A equipe de Purdue estava buscando mais “tecnologias agressivas” do que as que estão em uso, de acordo com Tiwei Wei, professor assistente de engenharia mecânica e principal investigador do projeto.

Uma das principais áreas de pesquisa da Purdue University envolve o resfriamento por impacto de jato bifásico. Esta abordagem utiliza microcanais preenchidos com líquido integrados diretamente na embalagem do microchip. À medida que o chip gera calor, o líquido ferve e os vapores resultantes afastam o calor do chip. O vapor então condensa e é recirculado no chip, permitindo o resfriamento passivo sem a necessidade de bomba.