तरल शीतलन समाधान में माइक्रोचैनल चिप कूलिंग प्रौद्योगिकी अनुप्रयोग
लिक्विड कूलिंग डेटा सेंटरों का भविष्य है। हवा डेटा हॉल तक पहुंचने वाले बिजली घनत्व को संभाल नहीं सकती है, इसलिए उच्च तापीय क्षमता वाला एक घना तरल पदार्थ कनेक्शन में प्रवाहित हो रहा है। जैसे-जैसे आईटी उपकरण का ताप घनत्व बढ़ता है, तरल इसके करीब होता जाता है। लेकिन तरल पदार्थ कितनी दूर तक करीब आ सकते हैं? डेटा सेंटर कैबिनेट के पिछले दरवाजे के माध्यम से जल परिसंचरण प्रणाली को संचालित करना व्यापक रूप से स्वीकार किया जाता है। इसके बाद, सिस्टम विशेष रूप से गर्म घटकों जैसे जीपीयू या सीपीयू पर ठंडे बोर्ड में पानी प्रसारित करता रहता है। इसके अलावा, विसर्जन प्रणाली पूरे रैक को ढांकता हुआ तरल पदार्थ में डुबो देती है, ताकि शीतलक सिस्टम के हर हिस्से के संपर्क में आ सके। मुख्य आपूर्तिकर्ता अब विसर्जन के लिए अनुकूलित सर्वर प्रदान करते हैं।
1981 में, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं डेविड टकरमैन और आरएफ पीज़ ने गर्मी को अधिक प्रभावी ढंग से हटाने के लिए हीट सिंक में छोटे "माइक्रोचैनल" बनाने का प्रस्ताव रखा। छोटे चैनलों का सतह क्षेत्र बड़ा होता है और वे अधिक प्रभावी ढंग से गर्मी को दूर कर सकते हैं। उनका सुझाव है कि हीट सिंक वीएलएसआई चिप्स का एक घटक बन सकता है, और उनके प्रदर्शन से पता चलता है कि माइक्रोचैनल हीट सिंक 800W प्रति वर्ग मीटर के प्रभावशाली ताप प्रवाह का समर्थन कर सकते हैं।
अर्धचालक विनिर्माण के विकास और त्रि-आयामी संरचनाओं में इसके प्रवेश के साथ, एकीकृत शीतलन और प्रसंस्करण का विचार अधिक व्यावहारिक हो गया है। 1980 के दशक से, निर्माताओं ने सिलिकॉन चिप्स पर कई घटकों को ओवरले करने का प्रयास किया। मल्टी-लेयर सिलिकॉन चिप्स के शीर्ष पर चैनल बनाना शीतलन के लिए एक तेज़ और इष्टतम तरीका हो सकता है, क्योंकि यह हीट सिंक पर पंखों के समान छोटे खांचे को लागू करके शुरू किया जा सकता है। लेकिन इस विचार पर ज्यादा ध्यान नहीं दिया गया क्योंकि चिप आपूर्तिकर्ता सक्रिय घटकों को ढेर करने के लिए 3डी तकनीक का उपयोग करने की उम्मीद करते हैं। यह विधि अब उच्च-घनत्व मेमोरी द्वारा स्वीकार की जाती है, और एनवीडिया पेटेंट से संकेत मिलता है कि इसका उद्देश्य जीपीयू को स्टैक करना हो सकता है।
शोधकर्ता कई वर्षों से सिलिकॉन चिप्स की सतह पर माइक्रोफ्लुइडिक चैनल बनाने पर काम कर रहे हैं। जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी की एक टीम ने 2015 में इंटेल के साथ मिलकर एक एकीकृत माइक्रोफ्लुइडिक कूलिंग परत के साथ एफपीजीए चिप का निर्माण करने वाली पहली टीम बनाई, जो उस स्थान से केवल कुछ सौ माइक्रोमीटर की दूरी पर स्थित है जहां ट्रांजिस्टर सिलिकॉन पर काम करता है। जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के टीम लीडर प्रोफेसर मुहन्नाद बाकिर ने एक प्रेस विज्ञप्ति में कहा, "हमने ट्रांजिस्टर से केवल कुछ सौ माइक्रोमीटर दूर तरल को ठंडा करके सिलिकॉन चिप के शीर्ष पर हीट सिंक को खत्म कर दिया।" हमारा मानना है कि माइक्रोफ्लुइडिक कूलिंग को सीधे और विश्वसनीय रूप से सिलिकॉन में एकीकृत करना इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों की अगली पीढ़ी के लिए एक विघटनकारी तकनीक बन जाएगी।
चिप के अंदर माइक्रोफ्लुइडिक कूलिंग चैनलों का एक 3डी नेटवर्क डिजाइन किया गया है, जो प्रत्येक ट्रांजिस्टर डिवाइस के सक्रिय भाग से कुछ माइक्रोमीटर नीचे स्थित है, जहां से गर्मी उत्पन्न होती है। यह विधि शीतलन प्रदर्शन को 50 गुना तक सुधार सकती है। माइक्रोचैनल तरल पदार्थ को सीधे हॉटस्पॉट तक पहुंचाते हैं और 1.7 किलोवाट प्रति वर्ग सेंटीमीटर की आश्चर्यजनक बिजली घनत्व को संभालते हैं। यह 17MW प्रति वर्ग मीटर के बराबर है, जो वर्तमान GPU ताप प्रवाह से कई गुना अधिक है।
गर्मी अपव्यय की कठिनाई का मतलब है कि आज के सबसे बड़े चिप्स एक ही बार में सभी ट्रांजिस्टर का उपयोग नहीं कर सकते हैं, अन्यथा वे ज़्यादा गरम हो जाएंगे। माइक्रोफ्लुइडिक्स के अनुप्रयोग से चिप के प्रदर्शन और दक्षता में सुधार हो सकता है। ऊर्जा गहन प्रशीतन प्रणालियों की आवश्यकता के बिना डेटा केंद्रों को अधिक कुशलता से संचालित करना संभव है।
