Teknologi pendinginan chip microchannel
Pendinginan cair adalah masa depan pusat data. Udara tidak dapat menahan kepadatan daya yang mencapai ruang data, sehingga fluida padat dengan kapasitas termal tinggi mengalir ke sambungan. Ketika kepadatan panas peralatan TI meningkat, cairan menjadi lebih dekat dengannya. Tapi seberapa jauh cairan bisa mendekat? Pengoperasian sistem sirkulasi air melalui pintu belakang lemari pusat data sudah diterima secara luas. Selanjutnya, sistem terus mengalirkan air ke papan dingin pada komponen yang sangat panas seperti GPU atau CPU. Selain itu, sistem perendaman menenggelamkan seluruh rak ke dalam cairan dielektrik, sehingga cairan pendingin dapat bersentuhan dengan setiap bagian sistem. Pemasok utama kini menawarkan server yang dioptimalkan untuk pengalaman imersi.
Pada tahun 1981, peneliti David Tuckerman dan RF Pease dari Universitas Stanford mengusulkan untuk mengetsa "saluran mikro" kecil ke dalam unit pendingin agar lebih efektif menghilangkan panas. Saluran kecil memiliki luas permukaan yang lebih besar dan dapat menghilangkan panas dengan lebih efektif. Mereka berpendapat bahwa heat sink dapat menjadi komponen chip VLSI, dan demonstrasi mereka menunjukkan bahwa heat sink saluran mikro dapat mendukung fluks panas yang mengesankan sebesar 800W per meter persegi.
Dengan berkembangnya manufaktur semikonduktor dan masuknya ke dalam struktur tiga dimensi, gagasan pendinginan dan pemrosesan terintegrasi menjadi lebih praktis. Mulai tahun 1980an, produsen berupaya untuk melapisi beberapa komponen pada chip silikon. Membuat saluran di atas chip silikon multi-lapis mungkin merupakan metode pendinginan yang cepat dan optimal, karena dapat dimulai hanya dengan menerapkan alur kecil yang mirip dengan sirip pada unit pendingin. Namun ide ini belum mendapat banyak perhatian karena pemasok chip berharap dapat menggunakan teknologi 3D untuk menumpuk komponen aktif. Metode ini sekarang diterima oleh memori berkepadatan tinggi, dan paten Nvidia menunjukkan bahwa metode ini mungkin dimaksudkan untuk menumpuk GPU.
Para peneliti telah berupaya mengetsa saluran mikrofluida ke permukaan chip silikon selama beberapa tahun. Sebuah tim dari Institut Teknologi Georgia berkolaborasi dengan Intel pada tahun 2015 yang berpotensi menjadi yang pertama memproduksi chip FPGA dengan lapisan pendingin mikrofluida terintegrasi, yang terletak hanya beberapa ratus mikrometer dari tempat transistor bekerja pada silikon. “Kami menghilangkan heat sink di bagian atas chip silikon dengan mendinginkan cairan hanya beberapa ratus mikrometer dari transistor,” kata Profesor Muhannad Bakir, ketua tim di Institut Teknologi Georgia, dalam siaran persnya. Kami percaya bahwa mengintegrasikan pendinginan mikrofluida secara langsung dan andal ke dalam silikon akan menjadi teknologi disruptif bagi produk elektronik generasi berikutnya.
Jaringan saluran pendingin mikrofluida 3D telah dirancang di dalam chip, terletak hanya beberapa mikrometer di bawah bagian aktif setiap perangkat transistor, tempat panas dihasilkan. Metode ini dapat meningkatkan kinerja pendinginan hingga 50 kali lipat. Saluran mikro mengangkut cairan langsung ke titik panas dan menangani kepadatan daya yang luar biasa sebesar 1,7 kW per sentimeter persegi. Jumlah ini setara dengan 17MW per meter persegi, yang merupakan beberapa kali lipat fluks panas GPU saat ini.
Kesulitan dalam pembuangan panas berarti bahwa chip terbesar saat ini tidak dapat menggunakan semua transistor sekaligus, jika tidak maka akan terlalu panas. Penerapan mikrofluida dapat meningkatkan kinerja dan efisiensi chip. Pusat data dapat dioperasikan dengan lebih efisien tanpa memerlukan sistem pendingin yang boros energi.
