Umjetna inteligencija (AI) trenutno je vrlo aktualna tema, kao i podatkovni centri koji pokreću tu tehnologiju. Hlađenje tih centara zahtijeva ogromne količine energije.

Kako će visokoenergetska AI računala i uređaji postati uobičajeni, problem će samo rasti. Zato istraživač sa Sveučilišta Missouri, Chanwoo Park, razvija novi sustav hlađenja koji obećava drastično smanjenje energetskih zahtjeva.

Hlađenje i proizvodnja čipova
„Hlađenje i proizvodnja čipova idu ruku pod ruku“, rekao je Park, profesor strojarstva i zrakoplovnog inženjeringa na Mizzou College of Engineering. „Bez odgovarajućeg hlađenja, komponente se pregrijavaju i prestaju raditi. Energetski učinkoviti podatkovni centri bit će ključni za budućnost AI računalstva.“

Rješavanje problema budućnosti
Podatkovni centri su velike zgrade pune servera koji sadrže računalne čipove za pohranu i obradu podataka. Oni su osnovni računalni centri koji pokreću web stranice, mobilne aplikacije i podatke iz oblaka.

Oni su također veliki potrošači energije. U 2022. godini podatkovni centri koristili su više od 4% ukupne električne energije u SAD-u, s 40% te energije potrošene na hlađenje opreme. Kako se zahtjevi za podatkovnim centrima povećavaju, bit će potrebne još veće količine energije.

Kako bi se to ublažilo, Ministarstvo energetike SAD-a dodijelilo je više od 40 milijuna dolara istraživačima za pronalaženje novih načina hlađenja podatkovnih centara. Park je nedavno primio gotovo 1,65 milijuna dolara iz te inicijative, poznate kao COOLERCHIPS.

Trenutno se podatkovni centri hlade pomoću ventilatora za premještanje zraka ili tekućine koja odvodi toplinu od računalnih regala.

Park i njegov tim razvijaju sustav hlađenja s dvije faze koji je dizajniran za učinkovito odvođenje topline s čipova servera kroz promjenu faze, poput isparavanja tekućine u paru u tankom, poroznom sloju. Sustav može raditi pasivno bez trošenja energije kada je potrebno manje hlađenja. Čak i u aktivnom načinu rada, gdje se koristi pumpa, troši se samo neznatna količina energije.

Učinkoviti prijenos topline
„Tekućina ide u različitim smjerovima i isparava na tankoj metalnoj površini“, rekao je Park. „Koristeći ovu površinu za vrenje, možemo postići vrlo učinkovit prijenos topline s niskim toplinskim otporom.“

Sustav također uključuje mehaničku pumpu koja se aktivira za apsorbiranje više topline samo kada je to potrebno.

Rani testovi pokazuju da tehnike hlađenja s dvije faze drastično smanjuju količinu energije potrebne za hlađenje opreme.

Tim trenutno izrađuje sustav hlađenja - dizajniran za jednostavno povezivanje i odvajanje unutar regala servera. Park se nada da će biti u upotrebi u idućem desetljeću, upravo kada računala pogonjena AI tehnologijom postanu mainstream.

„Na kraju će postojati ograničenja trenutnih sustava hlađenja, i to je problem“, rekao je Park. „Pokušavamo biti ispred krivulje i imati nešto spremno i dostupno za budućnost AI računalstva. Ovo je futuristički sustav hlađenja.“

Parkov rad usklađen je s ciljevima Centra za energetsku inovaciju, zgrade koja se gradi na kampusu kako bi omogućila interdisciplinarnim istraživačima rješavanje izazova koje postavljaju rastuće energetske potrebe i brzi rast AI tehnologije. Ideja je iskoristiti naprednu tehnologiju za optimizaciju proizvodnje, pohrane i učinkovitosti energije.

„Centar će nam omogućiti istraživanje dodatnih ideja i inovacija oko energetski učinkovitih procesa“, rekao je Park. „To su složeni problemi koji zahtijevaju različita područja stručnosti. Radujem se budućim suradnjama.“

Dodatno, Parkova metoda hlađenja uključuje naprednu kapilarnu strukturu unutar isparivača koja omogućuje stvaranje tankih slojeva tekućine koji se lako isparavaju, što omogućuje efikasno odvođenje topline s čipova servera uz minimalni toplinski otpor.

Sustav koristi hibridni dizajn koji kombinira kapilarno i mehaničko pumpanje. Unutar isparivača, kapilarna struktura stvara tanke slojeve tekućine koji se isparavaju za učinkovito odvođenje topline s čipova servera uz minimalni toplinski otpor. Mehaničko pumpanje istovremeno poboljšava kapacitet hlađenja apsorbirajući značajnu količinu topline.

Koristeći ovaj hibridni dizajn, stvaramo idealno rješenje za hlađenje podatkovnih centara,“ rekao je Park. „Vrlo je teško i zahtijeva puno analiza i izrade. Uključuje napredne tehnike proizvodnje, ali je dizajniran za rukovanje velikim toplinskim tokovima uz nisku potrošnju energije. Vrlo je blizu idealnom sustavu hlađenja kojeg tražimo.“

Park je pet mjeseci u trogodišnjem projektu. Krajnji cilj je pronaći sustav koji se može komercijalizirati i masovno proizvoditi za upotrebu u visokotehnološkim podatkovnim centrima. Optimističan je da će partnerstvo s vladom i industrijom rezultirati velikom komercijalizacijom.

„Zahvaljujući suradnji s nacionalnim laboratorijima i industrijskim partnerima, postižemo značajne napretke“, naglasio je Park, ističući uspješno postizanje početnih prekretnica. „U konačnici, optimističan sam da će ovaj sustav hlađenja biti usvojen u podatkovnim centrima za poboljšanje ukupne učinkovitosti.“

Sveučilište Missouri predano je rješavanju izazova koje donose rastuće energetske potrebe i brzi rast umjetne inteligencije putem Centra za energetsku inovaciju, zgrade koja će okupiti inženjere, agronome, fizičare, kemičare i stručnjake za javnu politiku kako bi pružili održiva rješenja za budućnost i ojačali domaću opskrbu energijom.

Izvor: University of Missouri