Forscher der University of Waterloo entwickeln hybride Flüssigkeitskühlung für KI-Rechenzentren

Forscher der University of Waterloo entwickeln eine neue Methode, um Computerchips vor Überhitzung zu schützen, indem sie winzige Tröpfchen einer siedenden Flüssigkeit nutzen, um besonders heiße Bereiche gezielt anzusteuern.

Die Forschung kommt vor dem Hintergrund der wachsenden Nachfrage nach künstlicher Intelligenz, die den Druck auf die massiven Rechenzentren erhöht, die diese Technologie antreiben. Diese Einrichtungen beherbergen Tausende von Computern zur Datenverarbeitung, was eine erhebliche Wärmemenge erzeugt. Wenn bestimmte Bereiche eines Computerchips zu heiß werden, kann dies die Leistung und Zuverlässigkeit beeinträchtigen.

Wie das System funktioniert

Die Technologie nutzt Wasser, um die alltägliche Wärme zu bewältigen, während winzige Tröpfchen eines spezialisierten Kühlmittels Bereiche ansprechen, die besonders heiß werden. Die Forscher wählten ein Elektronik-Kühlmittel mit einem viel niedrigeren Siedepunkt als Wasser. Das Kühlmittel ist auch schwerer als Wasser, sodass es sich nicht damit vermischt und an der Stelle verbleibt, wenn es auf einen Hotspot aufgetragen wird.

Die Forscher verwendeten eine Verkapselungstechnik, um die Kühlmitteltropfen in eine dünne Haut aus Silikonöl zu hüllen. Das Hinzufügen winziger, wärmeleitender Keramikpartikel zur Beschichtung hilft zu steuern, wie schnell die Tröpfchen sieden.

In Labortests siedete ein einzelner Tropfen Kühlmittel und senkte die Temperatur eines simulierten Computerchip-Hotspots, der in einem Wassertank eingetaucht war, um bis zu 17° C in 15 Sekunden, was mehrere Male schneller war als herkömmliche Immersionskühlung.

"Sieden absorbiert viel Wärme und die aufsteigenden Blasen rühren das umgebende Wasser um, sodass es die Wärme schneller abtransportiert", sagte Dr. Sushanta Mitra, geschäftsführender Direktor des Waterloo Institute for Nanotechnology. "Wir erhalten den Effekt des Siedens, aber nur dort und wann es benötigt wird."

Kosten und nächste Schritte

Aktuelle Immersionskühlsysteme benötigen mehr des spezialisierten Kühlmittels, während die Methode der University of Waterloo deutlich geringere Mengen erfordert.

"Sie müssen dieses teure Kühlmittel nicht im gesamten Kreislauf verwenden", erklärte Mitra. "Sie müssen es nur an der Tropfenstelle verwenden."

Die Tröpfchen sind nur etwa ein bis zwei Millimeter groß, was bedeutet, dass die Menge des verwendeten spezialisierten Kühlmittels erheblich reduziert wird.

Die Forschung befindet sich noch in ihren frühen Stadien, wobei die Tests auf einem einzelnen Computerchip konzentriert waren. Der nächste Schritt besteht darin, ein größeres System zu entwickeln, das nachahmt, wie das Kühlmittel durch ein Rechenzentrum zirkulieren würde.

Das Team hofft, dass die Technologie schließlich von Rechenzentren auf der ganzen Welt sowie in anderen Anwendungen übernommen werden könnte, bei denen Elektronik erhebliche Wärmemengen erzeugt. Die Forscher stellen sich vor, dass das System letztendlich auf eine von zwei Arten funktionieren könnte – entweder Kühlmitteltropfen, die durch Wasser zirkulieren und aktiv werden, wenn sie auf Hotspots treffen, oder Tropfen, die direkt an Hotspots geliefert werden, die von Sensoren erkannt werden.

Der hybride Kühlansatz hat auch potenzielle Anwendungen in Technologien wie Elektrofahrzeugen, Batterien, Hochleistungslasern und LED-Beleuchtung.

Die Studie "A hybrid immersion cooling assisted by liquid-liquid encapsulation: A game changer for thermal management of transient hotspots" wurde kürzlich online im Journal of Colloid and Interface Science veröffentlicht.

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Quellen (auf Englisch)

• ctvnews.ca: University of Waterloo researchers develop new way to cool AI computer chips
• uwaterloo.ca: Waterloo innovation could make cooling AI data centres cheaper and more efficient | Waterloo News | University of Waterloo

KI-Übersetzung des englischen Originalartikels, automatisch geprüft, damit sie dasselbe aussagt wie das Original. Die Quellen wurden auf Englisch geprüft.