ARPA-E計(jì)劃的目標(biāo)是將未來2千瓦處理器的冷卻效率提高兩倍以上

近期，美國能源部（DOE）宣布，選定含英特爾在內(nèi)的15家機(jī)構(gòu)，為未來數(shù)據(jù)中心打造高性能、高效節(jié)能的冷卻解決方案。這一消息已于五月宣布，是COOLERCHIPS計(jì)劃的一部分。COOLERCHIPS計(jì)劃是由美國能源部能源高級(jí)研究計(jì)劃局（ARPA-E）提供支持，旨在優(yōu)化信息處理系統(tǒng)的冷卻操作，提高能源利用率、可靠性和碳超高效率。其中，英特爾的項(xiàng)目將獲得為期三年，共計(jì)171萬美元的資助。該項(xiàng)目將推動(dòng)英特爾在其高性能處理器中部署更多核心及晶體管的同時(shí)，管理未來設(shè)備所產(chǎn)生的熱量，進(jìn)而推動(dòng)摩爾定律的延續(xù)。

英特爾超級(jí)計(jì)算平臺(tái)事業(yè)部首席工程師兼熱設(shè)計(jì)師Tejas Shah表示：“簡單、可持續(xù)及易于升級(jí)的特性是浸沒式冷卻技術(shù)被用戶采納的原因。該項(xiàng)目將使得兩相浸沒式冷卻技術(shù)的發(fā)展，能夠處理未來十年處理器所需電力指數(shù)級(jí)增長所帶來的問題。”

數(shù)據(jù)中心耗電量約占美國總耗電量的2%，其中，數(shù)據(jù)中心冷卻的用電量則占據(jù)了40%。而該入選項(xiàng)目則旨在減少冷卻數(shù)據(jù)中心所必需的能源，并降低與這一關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的運(yùn)營碳足跡。

為滿足行業(yè)對(duì)計(jì)算能力和性能日益增長的需求，未來的數(shù)據(jù)中心處理器預(yù)計(jì)需要超過2千瓦(kW)的電力，這對(duì)于現(xiàn)有冷卻技術(shù)來說是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。如今最強(qiáng)大的芯片的用電量已直奔1千瓦。

冷卻解決方案的開發(fā)不僅將進(jìn)一步增強(qiáng)英特爾處理器及英特爾代工服務(wù)生產(chǎn)的處理器的性能，使得摩爾定律得以延續(xù)，同時(shí)，也將推動(dòng)英特爾兌現(xiàn)其在能源效率和可持續(xù)發(fā)展方面的承諾。

英特爾將與學(xué)術(shù)界及行業(yè)領(lǐng)袖合作，開發(fā)創(chuàng)新的浸沒式冷卻解決方案。英特爾將負(fù)責(zé)并監(jiān)督整項(xiàng)研究的開展，為評(píng)估工作提供熱測試工具，定義下一代處理器的外形規(guī)格和限制條件，包括熱點(diǎn)位置。

英特爾的項(xiàng)目打造了具備超低熱阻的珊瑚形浸沒式液冷散熱器，將其集成到三維真空蒸發(fā)腔中，以支持更密集、性能更高的設(shè)備。英特爾的設(shè)計(jì)將通過優(yōu)化三維真空蒸發(fā)腔以解決兩相浸沒式液冷面臨的挑戰(zhàn)，從而更有效地散發(fā)熱量。

研究人員將使用3D打印技術(shù)制造這種新型散熱器，并在多種環(huán)境下測試蒸發(fā)器的性能。

該團(tuán)隊(duì)將把新的真空蒸發(fā)腔均溫板設(shè)計(jì)與創(chuàng)新的沸騰增強(qiáng)涂層結(jié)合起來，通過提高成核點(diǎn)密度來降低熱阻。如今，這些涂層被應(yīng)用在平坦的表面上，但研究表明，具有內(nèi)部凹槽狀特征的珊瑚形散熱器設(shè)計(jì)具有二相式浸沒式液冷的最高外部傳熱系數(shù)潛力。

該團(tuán)隊(duì)將基于計(jì)算方法來確定珊瑚狀散熱器的最佳設(shè)計(jì)。而如今的散熱器則通常是由長而平行的螺紋條構(gòu)成。

研究人員將把這些創(chuàng)新應(yīng)用于兩相浸沒式冷卻系統(tǒng)中，其中，服務(wù)器在一個(gè)特別設(shè)計(jì)的密封槽中運(yùn)行，并使用一種非導(dǎo)電的液體介質(zhì)。服務(wù)器產(chǎn)生的熱量使液體沸騰并產(chǎn)生蒸汽，然后經(jīng)歷相變回到液體狀態(tài)，同時(shí)帶走熱量，其原理與家用空調(diào)系統(tǒng)類似。

該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是將整個(gè)兩相浸沒式冷卻系統(tǒng)的能力從0.025°C/瓦提高到0.01°C/瓦以下，或?qū)⑿侍岣?.5倍或更多。