Korejští vědci vyvinuli revoluční chlazení čipů: Voda přímo v křemíku sníží spotřebu energie desetkrát

Vědci z Korejského pokročilého institutu vědy a technologie (KAIST) vyvinuli inovativní techniku, která umožňuje vyřezávat mikroskopické kanálky pro kapalinové chlazení přímo do křemíkových polovodičových čipů.

Vědci z Korejského pokročilého institutu vědy a technologie (KAIST) vyvinuli inovativní techniku, která umožňuje vyřezávat mikroskopické kanálky pro kapalinové chlazení přímo do křemíkových polovodičových čipů. Tato nová architektura počítačů výrazně snížila energii potřebnou k chlazení tím, že pumpuje obyčejnou vodu o pokojové teplotě přímo vnitřní strukturou čipu.

Současné vysoce výkonné AI čipy způsobují značnou energetickou krizi v datových centrech, která vyžadují obrovské množství elektřiny jak pro intenzivní výpočty, tak pro odvádění vznikajícího tepla. Tradiční metody chlazení, jako jsou hlučné ventilátory a externí měděné rozvaděče tepla, dosahují svých fyzických limitů. Většina moderních kapalinových systémů spoléhá na externí „studenou desku“ přitlačenou k vnější straně čipu. Chladicí kapalina musí urazit dlouhou cestu, což vytváří obrovský odpor kapaliny, vyžaduje výkonná čerpadla s masivním tlakem a spotřebovává mnoho energie. Navíc se kapalina po cestě zahřívá, což vede k nerovnoměrnému chlazení, kdy některé části procesoru jsou chladné a jiné nebezpečně horké.

Tým z KAIST vyvinul technologii, která chladí polovodiče zevnitř ven. Využívá obyčejnou vodu o pokojové teplotě k řešení podmínek vysokého tepelného toku přímo u zdroje. Design zahrnuje mnoho malých vstupů a výstupů rovnoměrně rozmístěných po celém čipu. Inovace spočívá ve struktuře mikrokanálků s rozdělovačem (manifold microchannel), která je zabudována přímo do křemíku a napodobuje efektivní logistickou síť s více strategickými vstupními a výstupními body. Tento decentralizovaný design zkracuje dráhu kapaliny, snižuje odpor proudění a čerpací tlak.

Experimentální výsledky překonaly očekávání, když systém zaznamenal koeficient výkonu (COP) chlazení 106 000. Tato abstraktní inženýrská metrika je desetkrát vyšší než předchozí světový rekord publikovaný v časopise Nature v roce 2020. To znamená, že výrobci čipů potřebují pouze desetinu čerpacího výkonu k odstranění stejného množství tepla ze stroje. I při extrémním tepelném zatížení 2 000 wattů na čtvereční centimetr systém udržel čip pohodlně pod 100 °C.

Nejzajímavější detail experimentu spočívá ve způsobu výroby. Vědci nepoužili exotické, extrémně drahé materiály, jako je syntetický diamant, ale obyčejnou vodu. Celý výrobní proces probíhá pod 350 °C, což znamená, že je zcela kompatibilní se stávajícími komerčními výrobními linkami polovodičů. Slévárny mohou tuto techniku chlazení integrovat do současných návrhů čipů, aniž by musely investovat miliardy dolarů do nového strojního vybavení. Tato technologie je očekávána jako základní chladicí řešení pro budoucí vysoce výkonné počítačové systémy, které řeší rostoucí omezení výkonu AI polovodičů a pokročilého elektronického balení způsobené teplem.