Современные процессоры для дата-центров выделяют все больше тепла, и инженерам приходится придумывать все более изощренные методы их охлаждения. Пока Nvidia с партнерами экспериментирует с усовершенствованными холодными пластинами и погружным охлаждением для новых AI-чипов, в Microsoft предложили кардинально иное решение — создавать микроскопические каналы для жидкости на самой обратной стороне кремниевого кристалла. Этот подход позволяет снизить пиковую температуру чипа на целых 65% и, по заявлениям компании, в три раза эффективнее традиционных холодных пластин. Разбираем все детали, которые известны о новой технологии, далее.
Как именно работает новая технология охлаждения CPU?
Microsoft заявляет, что разработала систему охлаждения, которая направляет жидкость непосредственно в микроскопические каналы, вытравленные на обратной стороне кристалла кремния, чтобы подвести хладагент к зонам с наибольшим нагревом внутри процессора. Протекание жидкости внутри чипа значительно повышает эффективность всей системы, поскольку жидкость может почти «касаться» горячих точек внутри процессора, тогда как в случае более традиционного жидкостного охлаждения или даже погружного охлаждения тепло отводится через несколько слоев, отделяющих его от хладагента.
Чтобы оптимизировать движение жидкости и тепла, Microsoft сотрудничала со швейцарским стартапом Corintis. Там с помощью искусственного интеллекта рассчитали оптимальную геометрию каналов. Вместо простых прямых линий итоговая схема имитирует узоры, встречающиеся в природе, такие как прожилки листьев или крылья бабочки, чтобы более эффективно направлять жидкость. Кроме того, микроканалы должны быть достаточно малы для эффективной работы, но при этом неглубоки, чтобы не нарушать прочность кремниевой пластины.
Самые популярные серверы
5 лет гарантии
Бесплатная доставка225 115 ₽
от 80 000 ₽
2 780 ₽/мес в лизинг
от 65 574 ₽
+ 14 426 НДС
5 лет гарантииБесплатная доставкаот 126 000 ₽
4 379 ₽/мес в лизинг
от 103 279 ₽
+ 22 721 НДС
5 лет гарантииБесплатная доставка153 719 ₽
от 77 000 ₽
2 676 ₽/мес в лизинг
от 63 115 ₽
+ 13 885 НДС
5 лет гарантииБесплатная доставка442 101 ₽
от 405 597 ₽
14 094 ₽/мес в лизинг
от 332 457 ₽
+ 73 140 НДС
Основная проблема и потенциал технологии
Главное препятствие на пути технологии — производственный процесс. Создание таких микроканалов требует дополнительных этапов при изготовлении процессоров, что увеличивает стоимость. В качестве альтернативы, как следует из патента Microsoft, можно отдельно производить микрофлюидную структуру охлаждения и присоединять ее к одному или нескольким чипам. Но в любом случае такая интеграция требует новых методов сборки, чтобы надежно герметизировать систему и избежать протечек.
На сегодняшний день в Microsoft заявляют, что уже подобрали подходящий хладагент, отработали технологию травления и готовы внедрять ее в собственное полномасштабное производство процессоров. Сторонние компании смогут лицензировать эту разработку через Microsoft Technology Licensing, LLC.
«Микрофлюидика открывает путь к созданию более компактных и мощных чипов, что позволит реализовать больше функций, важных для пользователей, и повысить производительность при использовании меньшего пространства», — поясняет Джуди Прист, вице-президент Microsoft по облачным операциям и инновациям. «Но сначала нам нужно было доказать, что сама идея работоспособна. Следующим ключевым шагом для нас стали испытания на надежность».
Источник изображений: Microsoft
Результаты тестирования технологии
Сейчас Microsoft тестирует новую систему на серверах, имитирующих нагрузку от Microsoft Teams. Работа таких сервисов характеризуется неравномерным теплообразованием, и прямое охлаждение чипа позволяет более эффективно с ним справляться, позволяя успешно справляться с кратковременными вынужденными всплесками производительности. Это, в свою очередь, помогает сократить количество серверов, которые обычно простаивают в ожидании пиковой нагрузки, часто возникающей в начале каждого часа.
Лабораторные испытания показали, что новая методика может снизить пиковую температуру кристалла кремния до 65%, в зависимости от конкретного процессора и характера использования. По эффективности она превосходит холодные пластины в три раза. Важно и то, что метод не требует охлаждения жидкости до экстремально низких температур, что позволяет экономить энергию, которая в противном случае тратилась бы на охлаждение.
Заключительные слова
Microsoft экспериментирует со своей технологией жидкостного охлаждения с микрофлюидными каналами уже в течение нескольких лет - первый прототип был представлен в 2022 году, поэтому на текущий момент у компании уже есть значительный опыт испытаний и проверок новой технологии. Однако, стоит отметить, что Microsoft — не единственная компания, разрабатывающая схожие технологии создания встроенных каналов для хладагента внутри чипа или его корпуса. Соответствующие патенты прямо сейчас есть и у IBM - остаётся только следить, чьё решение окажется более удачным и одержит верх в конкурентной борьбе.
