Vědci tvrdí, že 3D tištěná chladicí deska z čisté mědi by mohla otevřít cestu k efektivnějšímu chlazení datových center.
Výzkumný tým z Univerzity Illinois v Urbana-Champaign využil matematický algoritmus a pokročilou metodu 3D tisku k výrobě této chladicí desky. Podle jejich přesvědčení by po instalaci v datovém centru spotřebovala pouhých 1,1 procenta celkové energie zařízení – v porovnání s přibližně 30 procenty, která pohltí vzduchové chladicí systémy.
Tým zveřejnil výsledky výzkumu, jenž byl podpořen financováním amerického ministerstva energetiky, v odborném časopise Cell Reports Physical Science.
„Chlazení je úzkým hrdlem při návrhu čipů,“ uvedl první autor studie Behnood Bazmi, doktorand oboru strojního inženýrství. „Překlenutím propasti mezi výpočetním návrhem a výrobními možnostmi náš přístup nabízí cestu k energeticky úspornějšímu kapalnému chlazení čipů a další elektroniky.“
Stávající systémy kapalného chlazení, které využívají chladicí desku k tomu, aby chladicí kapalina dosáhla až k čipu, upřednostňují podle výzkumníků výrobní náklady před výkonem. Tyto desky obsahují drobná žebra, která jsou naskládána těsně vedle sebe a pomáhají rozptýlit kapalinu po celé desce. Cílem studie bylo optimalizovat tvar žeber tak, aby bylo dosaženo maximální chladicí kapacity.
Tým použil techniku zvanou topologická optimalizace k navržení žeber s optimálním tvarem. Vycházeje z jednoduchého obdélníkového základního návrhu, topologická optimalizace prostřednictvím matematického algoritmu postupně upravuje tvar žebra. Pro každou iteraci návrhu algoritmus odhaduje chladicí schopnost i množství energie potřebné k přečerpávání chladiva kolem žeber.
„Topologická optimalizace nakonec konverguje k návrhu, který je optimální z hlediska maximalizace tepelného výkonu a minimalizace čerpacího výkonu,“ řekl profesor a zakladatel výzkumu Nenad Miljkovic.
Výsledná žebra mají špičaté vrcholy a zubaté hrany a jsou výrazně složitější než konvenční žebra, která mají obvykle jednoduchý obdélníkový, kuželový nebo válcový tvar. Protože by tento návrh bylo příliš obtížné vyrobit konvenčními postupy, tým spolupracoval se společností Fabric8 na využití pokročilé výrobní metody zvané elektrochemická aditivní výroba (ECAM), která umožňuje produkovat měděné chladicí desky s optimalizovanými žebry.
Měděné chladicí desky sice na trhu existují, většina výrobců však měď odmítá ve prospěch hliníkové slitiny, s níž se snadněji pracuje, avšak která má nižší tepelnou vodivost. K výrobě měděného produktu museli vědci použít metodu ECAM, jež se opírá o elektrochemické pokovování k nanášení mědi a budování žeber vrstvu po vrstvě, zdola nahoru.
„ECAM dokáže vyrábět díly z čisté mědi s velmi jemným detailem – až na 30 až 50 mikrometrů, tedy méně, než je šířka lidského vlasu,“ uvedl Miljkovic.
Když výzkumníci porovnali chladicí výkon jednotlivé měděné desky s optimalizovanými žebry s deskami s konvenčními obdélníkovými žebry, zjistili, že optimalizovaná deska dosahuje až o 32 procent lepšího chlazení.
Vědci uvádějí, že měděná chladicí deska spotřebuje pouhých 1,1 procenta elektrické energie datového centra, zatímco vzduchový chladicí systém spotřebuje 30 procent. Toto srovnání však není zcela výstižné, neboť konvenční systémy kapalného chlazení obvykle odebírají méně energie – zpravidla někde mezi pěti a patnácti procenty celkové spotřeby elektrické energie zařízení.
Přesto by pro datové centrum s výkonem 1 GW mohlo jít stále o významné úspory energie, říká Miljkovic. „S našimi chladicími deskami by datová centra potřebovala k chlazení jen 11 MW místo 550 MW u zařízení s výkonem 1 GW,“ dodal.
Zdroj: datacenterdynamics.com
