خنک‌سازی بدون انرژی: فناوری غیرفعال به رکورد ۸۰۰ وات رسید

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، فناوری جدید خنک‌کننده مبتنی بر فیبر به ۸۰۰ وات بر سانتی‌متر مربع می‌رسد و به مراکز داده جایگزینی غیرفعال و کم‌مصرف برای فن‌ها و پمپ‌ها ارائه می‌دهد.

آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) هشدار می‌دهد که مصرف انرژی جهانی توسط مراکز داده می‌تواند تا سال ۲۰۳۰ بیش از دو برابر شود.

هنزمان با اینکه سیستم‌های هوش مصنوعی برق بیشتری مصرف می‌کنند و زیرساخت‌های ابری در سطح جهانی گسترش می‌یابند، مراکز داده برای خنک نگه داشتن خود به معنای واقعی کلمه در تلاش هستند.

طبق برآورد‌های وزارت انرژی ایالات متحده، خنک کردن این تأسیسات گرمازا در حال حاضر تا ۴۰ درصد از کل انرژی آنها را مصرف می‌کند و این بار قرار است افزایش یابد.

آژانس بین‌المللی انرژی هشدار می‌دهد که مصرف انرژی جهانی توسط مراکز داده، که بخشی از آن به دلیل خنک‌سازی است، می‌تواند تا سال ۲۰۳۰ بیش از دو برابر شود.

اکنون، مهندسان دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، از یک فناوری خنک‌کننده رکوردشکن رونمایی کرده‌اند که می‌تواند این مشکل را برطرف کند.

تصویری از یک غشای فیبری که گرما را از طریق تبخیر از یک تراشه الکترونیکی حذف می‌کند. منبع: تیانشی فنگ

این فناوری دارای یک غشای فیبری مهندسی‌شده‌ی ویژه است که گرما را به‌صورت غیرفعال از طریق تبخیر و بدون نیاز به فن، کمپرسور یا پمپ‌های پرمصرف، حذف می‌کند.

در آزمایش‌های آزمایشگاهی، این غشا بیش از ۸۰۰ وات بر سانتی‌متر مربع را تحمل کرد که یکی از بالاترین بار‌های حرارتی ثبت شده برای یک سیستم خنک‌کننده غیرفعال است. همچنین در طول چندین ساعت کار، پایداری خود را ثابت کرد.

فناوری غیرفعال، نتایج فعال

برخلاف سیستم‌های خنک‌کننده‌ی مرسوم که به قطعات مکانیکی یا آب سرد متکی هستند، این رویکرد جدید از شبکه‌ای از منافذ ریز و به هم پیوسته درون غشای فیبری استفاده می‌کند تا مایع را از طریق عمل مویرگی در سطح خود جابجا کند. با تبخیر مایع، گرما از تراشه‌های زیرین به طور طبیعی و بی‌صدا خارج می‌شود.

رنکون چن، استاد مهندسی مکانیک در UCSD و نویسنده‌ی همکار این مطالعه، گفت: در مقایسه با خنک‌کننده‌های سنتی با هوا یا مایع، تبخیر می‌تواند شار حرارتی بیشتری را با مصرف انرژی کمتر از بین ببرد.

خنک‌سازی تبخیری چیز جدیدی نیست. لوله‌های حرارتی در لپ‌تاپ‌ها و اواپراتور‌ها در دستگاه‌های تهویه مطبوع از این فناوری استفاده می‌کنند. اما تطبیق آن با محیط‌های فوق‌العاده گرم مراکز داده مدرن یک چالش بوده است.

پیش از این، غشا‌های متخلخل به این دلیل که منافذ آنها یا خیلی کوچک بود که منجر به گرفتگی می‌شد، یا خیلی بزرگ بود که باعث جوشش آشفته می‌شد، از کار می‌افتادند.

متخلخل، قدرتمند و امیدوارکننده

تیم UCSD یک راه حل میانه پیدا کرد. با مهندسی منافذ به هم پیوسته با اندازه مناسب، آنها ماده‌ای ساختند که نه تنها از این مشکلات جلوگیری می‌کند، بلکه عملکرد پیشرو در صنعت را ارائه می‌دهد؛ و در طول ساعت‌ها کار در دمای بالا، عملکرد خود را حفظ می‌کند.

این غشا‌های فیبری در ابتدا برای فیلتراسیون طراحی شده بودند و هیچ‌کس قبلاً کاربرد آنها را در تبخیر بررسی نکرده بود. ما تشخیص دادیم که ویژگی‌های ساختاری منحصر‌به‌فرد آنها - منافذ به هم پیوسته و اندازه منافذ دقیقاً مناسب - می‌تواند آنها را برای خنک‌سازی تبخیری کارآمد ایده‌آل کند. چیزی که ما را شگفت‌زده کرد این بود که با تقویت مکانیکی مناسب، آنها نه تنها در برابر شار حرارتی بالا مقاومت کردند - بلکه در زیر آن عملکرد بسیار خوبی نیز داشتند.

اگرچه نتایج فعلی امیدوارکننده هستند، چن می‌گوید این فناوری هنوز بسیار پایین‌تر از حد نظری خود عمل می‌کند.

این تیم اکنون در تلاش است تا این فناوری را در صفحات سرد - دستگاه‌هایی که مستقیماً روی پردازنده‌هایی مانند GPU و CPU قرار می‌گیرند تا گرما را از بین ببرند - ادغام کند. آنها همچنین در حال راه‌اندازی یک استارتاپ برای عرضه این فناوری به بازار هستند.

در صورت موفقیت، این نوآوری می‌تواند به طور چشمگیری مصرف انرژی و آب مورد نیاز برای خنک‌سازی مراکز داده را کاهش دهد، ضمن اینکه به اینترنت کمک می‌کند تا آینده مبتنی بر هوش مصنوعی خود را حفظ کند.

این مطالعه که توسط بنیاد ملی علوم پشتیبانی می‌شود، در مجله Joule منتشر شده است.