Le refroidissement des puces est-il la réponse au problème de refroidissement des centres de données ?

Dec 02, 2023

Soni Brun | 29 août 2023

Les centres de données sont connus pour leur forte consommation d'énergie, les équipements de refroidissement représentant près de 30 % de la consommation totale d'énergie. Les centres de données dotés de conceptions thermiques de processeur peuvent générer de 20 à 50 MW de chaleur, selon Hugh Hudson, responsable du marché des centres de données pour Daikin Applied, une entreprise de refroidissement commercial. À la lumière de cela, les chercheurs explorent des méthodes de refroidissement des puces pour atténuer la charge énergétique et améliorer l’efficacité des centres de données.

Le programme COOLERCHIPS du Département américain de l'énergie a récemment décerné à l'Université Purdue une récompense substantielle pour faire progresser ses efforts pionniers dans le développement de solutions de refroidissement plus efficaces pour les centres de données. En mettant l’accent sur la réduction de la consommation d’énergie et l’amélioration de l’efficacité du refroidissement, Purdue vise à révolutionner la façon dont les puces sont refroidies.

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La croissance exponentielle des centres de données dans un monde toujours plus numérique a conduit à des investissements importants dans la recherche, notamment dans le refroidissement des puces. Le refroidissement des puces électroniques – composants énergivores majeurs dans les centres de données – peut à lui seul représenter 40 % de la consommation énergétique globale d’un centre de données, et la demande en eau comme ressource de refroidissement devient un problème généralisé. Les organisations donnent désormais la priorité à la conservation de l’eau dans le cadre de leurs efforts de développement durable.

Yongsuk Choi, directeur de la stratégie et de l'infrastructure chez Empyrion DC, une société de plateforme d'infrastructure numérique, affirme que les applications d'intelligence artificielle (IA) et d'apprentissage automatique (ML) « façonnent réellement l'industrie des centres de données ».

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« Une telle croissance dans le domaine de l'informatique haute capacité a entraîné une augmentation spectaculaire de 200 % de la densité des racks, pour atteindre 20 à 30 kW. par rack aujourd'hui », a déclaré Choi à Data Center Knowledge. « C'est là qu'intervient le refroidissement des micropuces. Comparé au refroidissement par air conventionnel, qui nécessite le refroidissement de l'ensemble du service, le refroidissement des micropuces est beaucoup plus ciblé et s'attaque à la source directe de chaleur au niveau de la puce. niveau, obtenant un refroidissement plus rapide avec moins de consommation d’énergie. Nous prévoyons une plus grande adoption du refroidissement par micropuces par les opérateurs de centres de données. »

Pour relever les défis et explorer de nouvelles approches en matière de refroidissement des puces, le DOE a lancé le programme ARPA-E (Advanced Research Projects Agency-Energy) Opérations de refroidissement optimisées pour des avancées en matière d'énergie, de fiabilité et d'hyperefficacité du carbone pour les systèmes de traitement de l'information - ou programme COOLERCHIPS. Ce programme vise à stimuler les progrès dans la technologie du refroidissement grâce à la collaboration entre les universités, l'industrie et les laboratoires nationaux gouvernementaux.

En mai, le programme COOLERCHIPS a octroyé un financement de 40 millions de dollars pour soutenir la recherche dans ce domaine, dans le but de réduire l'impact environnemental des centres de données en développant « des technologies de refroidissement hautement efficaces et fiables ».

L'Université Purdue, bénéficiaire d'une subvention de 1,8 million de dollars dans le cadre du programme COOLERCHIPS, est à l'avant-garde du développement de solutions innovantes de refroidissement des puces. Les recherches de l'université vont au-delà du refroidissement des micropuces et des emballages semi-conducteurs, visant à optimiser le transfert de chaleur entre les composants du centre de données. En améliorant les performances thermiques et en réduisant la puissance de pompage, l'objectif de Purdue est de révolutionner la façon dont les centres de données sont refroidis.

L'équipe Purdue étudiait des « technologies plus agressives » que celles utilisées, selon Tiwei Wei, professeur adjoint de génie mécanique et chercheur principal principal du projet.

L’un des principaux domaines de recherche de l’Université Purdue concerne le refroidissement par impaction de jets en deux phases. Cette approche utilise des microcanaux remplis de liquide intégrés directement dans l’emballage de la micropuce. À mesure que la puce génère de la chaleur, le liquide bout et les vapeurs qui en résultent évacuent la chaleur de la puce. La vapeur se condense ensuite et est recirculée dans la puce, permettant un refroidissement passif sans avoir recours à une pompe.