Nhóm nghiên cứu tại Đại học Illinois Urbana-Champaign phát triển một công nghệ làm mát mới, có thể giúp các trung tâm dữ liệu tiết kiệm điện nhiều hơn. Họ đã thiết kế các “tấm làm mát” tiên tiến bằng đồng, giúp làm mát chip máy tính hiệu quả hơn, đồng thời sử dụng điện năng ít hơn.
Trong phương pháp này, các kỹ sư kết hợp thuật toán toán học với công nghệ in 3D tiên tiến để tạo ra hệ thống mới làm mát bằng chất lỏng. Theo các nhà nghiên cứu, công nghệ này có thể giúp giảm đáng kể lượng điện năng khổng lồ hiện đang sử dụng để làm mát ở các trung tâm dữ liệu.
Các chip máy tính ngày nay đang trở nên mạnh mẽ hơn theo từng năm, đặc biệt là trong các hệ thống được sử dụng cho trí tuệ nhân tạo, điện toán đám mây và các dịch vụ trực tuyến. Nhưng các chip mạnh hơn, cũng tạo ra nhiều nhiệt hơn.
Làm mát lượng nhiệt đó đã trở thành một trong những thách thức lớn nhất trong thiết kế máy tính. Hầu hết trung tâm dữ liệu vẫn phụ thuộc rất nhiều vào máy điều hòa không khí và quạt lớn để làm mát các máy chủ.
Tuy nhiên, làm mát không khí không hiệu quả lắm trong việc tản nhiệt từ các chip hiệu năng cao. Các nhà nghiên cứu cảnh báo, khi các trung tâm dữ liệu tiếp tục mở rộng, nhu cầu điện năng của chúng có thể gây áp lực ngày càng lớn lên lưới điện.
Theo nhóm nghiên cứu, làm mát bằng chất lỏng đem lại giải pháp tốt hơn. Trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng, một tấm kim loại gọi là tấm làm mát, đặt trực tiếp lên trên chip. Chất lỏng làm mát chảy qua cấu trúc nhỏ bên trong tấm này, tản nhiệt đi hiệu quả hơn nhiều so với không khí.
Để cải thiện hiệu suất, nhóm nghiên cứu thiết kế lại cánh kim loại nhỏ bên trong tấm làm mát, để tối ưu hóa cấu trúc. Thuật toán máy tính đã liên tục điều chỉnh hình dạng cánh kim loại để tìm ra khả năng làm mát tối ưu, đồng thời giảm điện năng cần thiết để bơm chất lỏng qua hệ thống.
Vì thiết kế phức tạp này sẽ khó có thể sản xuất bằng các phương pháp sản xuất thông thường, các nhà nghiên cứu hợp tác với Fabric8 để sử dụng quy trình in 3D chuyên dụng, gọi là sản xuất bồi đắp điện hóa (ECAM).
Khác với công nghệ in 3D kim loại tiêu chuẩn, dùng cách nung chảy bột kim loại, ECAM xây dựng cấu trúc từng lớp thông qua quá trình mạ điện hóa. Điều này cho phép tạo ra tấm tản nhiệt có độ chi tiết cao được làm từ đồng nguyên chất, vật liệu nổi tiếng với khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời.
Các thử nghiệm cho thấy, tấm tản nhiệt bằng đồng được tối ưu hóa mang lại hiệu suất làm mát tốt hơn tới 32% so với các thiết kế thông thường. Chúng cũng giảm tổn thất áp suất tới 68%, nghĩa là cần ít năng lượng hơn để di chuyển chất làm mát qua hệ thống.
Việc tiết kiệm điện ở quy mô một trung tâm dữ liệu hoàn chỉnh là rất lớn. Theo nhóm nghiên cứu, một trung tâm dữ liệu sử dụng 1 GW, hiện đang làm mát bằng không khí có thể cần thêm khoảng 550 MW điện chỉ để làm mát. Với các tấm làm mát mới, nhu cầu làm mát có thể giảm xuống chỉ còn khoảng 11 MW.
Các nhà nghiên cứu cho biết, phương pháp thiết kế tương tự có thể giúp làm mát nhiều thiết bị điện tử và hệ thống công nghiệp khác đang tạo ra lượng nhiệt lớn. Nghiên cứu này được đăng trên tạp chí Cell Reports Physical Science.
