Човешката анатомия предлага обещаващ начин за охлаждане на чиповете

Ускорителите за работа с изкуствен интелект бързо увеличиха разсейването на топлина на чиповете до 500 W и повече, което създава допълнителни предизвикателства за архитектурата и разсейването на топлина на компютърните платформи. Класическите оребрени радиатори и радиаторите с директен канал за изпомпване на охлаждащ агент вече не са в състояние да се справят със задачата по разсейване на топлината.

Необходими са революционни решения, които изненадващо могат да бъдат открити в живата природа и дори в човешкото тяло.

През последните години индустрията експериментира усилено с микроканално охлаждане, вградено направо в силиция и установи, че то е обещаващо, но проблематично. Чрез изпомпване на охлаждащ агент през микроканали в непосредствена близост до работещия кристал ефективността на разсейване на топлината всъщност може да се подобри. Този подход също така елиминира необходимостта от преходни елементи между чипа и охладителната система, като намалява топлинното съпротивление и увеличава скоростта на разсейване на топлината. Експериментите обаче показват, че остават проблеми с падането на налягането в системата за разпределение на охлаждащия агент, което води до точки на прегряване и зони на температурни скокове.

Група учени от няколко компании, сред които и специалисти от Microsoft са проучили възможността за създаване на микроканали в силиция, които имитират йерархичната структура на човешките кръвоносни съдове.

Както е известно, кръвоносната система не само подхранва тялото, но и участва в терморегулацията. Експериментите показват, че подобен подход за охлаждане на силициеви чипове дава отлични резултати.

Нещо повече, първоначално силициевите чипове могат да бъдат проектирани с уникална структура от „артерии, вени, съдове и капиляри“, което ще позволи по-ефективно охлаждане на областите с високо генериране на топлина и няма да претоварва охладителната система с по-малко натоварени области. Това ще спомогне за балансиране на разсейването на топлината и ще повиши надеждността на процесорите.

Учените са доказали, че имитирането на кръвоносната система в силициевите чипове намалява температурата в най-горещите части на процесора с 18°C, а също така намалява налягането в охладителната система с повече от 67%, което намалява натоварването на помпите и увеличава живота на системата. Освен това е регистрирано трикратно намаляване на температурните разлики между ядрата на процесора в сравнение с традиционните методи за охлаждане.

Въз основа на получените данни изследователите стигат до заключението, че класическата CMOS технология на чиповете позволява да се увеличи изчислителната мощност, като същевременно прегряването се поддържа в приемливи граници.