チップ冷却はデータセンターの冷却問題の解決策となるでしょうか?

Dec 02, 2023

ソニ・ブラウン | 2023 年 8 月 29 日

データセンターはエネルギー消費量が多いことで知られており、冷却装置が総電力使用量のほぼ 30% を占めています。 プロセッサーの熱設計を備えたデータセンターは 20 ～ 50 MW を生成できます商業用冷却会社ダイキン・アプライドのデータセンター市場マネージャー、ヒュー・ハドソン氏によると、 これを考慮して、研究者らはデータセンターのエネルギー負担を軽減し、効率を向上させるためのチップ冷却方法を模索しています。

米国エネルギー省の COOLERCHIPS プログラムは最近、データセンター向けのより効率的な冷却ソリューションの開発における先駆的な取り組みを推進するパデュー大学に多額の賞を授与しました。 Purdue は、エネルギー使用量の削減と冷却効率の向上に重点を置き、チップの冷却方法に革命を起こすことを目指しています。

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拡大を続けるデジタル世界でのデータセンターの急激な成長により、研究、特にチップ冷却への多額の投資が行われています。 データセンターの主要なエネルギー消費コンポーネントであるマイクロチップの冷却だけでも、データセンター全体のエネルギー使用量の 40% を占める可能性があり、冷却資源としての水の需要が広範囲にわたる問題になりつつあります。 組織は現在、持続可能性への取り組みの一環として水の保全を優先しています。

デジタル インフラストラクチャ プラットフォーム会社である Empyrion DC の最高戦略およびインフラストラクチャ責任者である Yongsuk Choi 氏は、人工知能 (AI) と機械学習 (ML) アプリケーションが実際に「データセンター業界を形作っている」と述べています。

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「大容量コンピューティングのこのような成長により、ラック密度は 200% 増加し、20 ～ 30KW まで劇的に増加しました。 「今日ではラックごとに冷却が可能です」とChoi氏はData Center Knowledgeに語った。「ここでマイクロチップ冷却の出番です。サービス全体の冷却が必要な従来の空冷と比較して、マイクロチップ冷却ははるかに的を絞ったものであり、チップの直接熱源に対処します。」レベルで、より少ないエネルギー消費でより速い冷却を実現します。 データセンター運営者によるマイクロチップ冷却の採用がさらに進むと予想しています。」

この課題に対処し、チップ冷却への新しいアプローチを模索するために、DOE は、情報処理システムのエネルギー、信頼性、炭素超効率の飛躍のために最適化されたエネルギー高等研究プロジェクト庁 (ARPA-E) 冷却運用 (COOLERCHIPS) プログラムを立ち上げました。 このプログラムは、学界、産業界、政府の国立研究所の協力を通じて冷却技術の進歩を推進することを目的としています。

COOLERCHIPS プログラムは 5 月に、「高効率で信頼性の高い冷却技術」を開発することでデータセンターの環境への影響を軽減することを目的として、この分野の研究を支援するために 4,000 万ドルの資金を発行しました。

COOLERCHIPS プログラムの下で 180 万ドルの助成金を受け取ったパデュー大学は、革新的なチップ冷却ソリューションの開発の最前線に立っています。 同大学の研究は半導体マイクロチップやパッケージングの冷却に留まらず、データセンターのコンポーネント間の熱伝達を最適化することを目指している。 Purdue の目標は、熱性能を強化し、ポンピング電力を削減することにより、データセンターの冷却方法に革命を起こすことです。

機械工学の助教授であり、プロジェクトの主任研究者であるティウェイ・ウェイ氏によると、パーデュー大学のチームは、現在使用されている技術よりもさらに「積極的な技術」を検討していたという。

パデュー大学の主要な研究分野の 1 つは、二相ジェット衝突冷却に関するものです。 このアプローチは、マイクロチップのパッケージ内に直接組み込まれた液体で満たされたマイクロチャネルを利用します。 チップが熱を発生すると液体が沸騰し、発生した蒸気がチップから熱を奪います。 その後、蒸気が凝縮してチップ内に再循環されるため、ポンプを使用せずに受動的冷却が可能になります。