Microsoft тестирует охлаждение чипов через микроканал в кремнии, вдохновленном Butterfly Wings

IBM давно продвигает идею реализации микрогидодинамических систем для охлаждения компонентов полупроводника, но Microsoft не хочет отставать и проводить соответствующие эксперименты в своей инфраструктуре. Его результаты уже доказали, что прямое жидкое охлаждение микрочипов может повысить их производительность в современных условиях.

Как отмечалось в пресс -релизе Microsoft, компания уже проверяет жидкое охлаждение с помощью микроканического, выгравированного непосредственно на кристаллах CPU, используемых в инфраструктуре Office Cloud, а также в графических процессорах, используемых для использования систем искусственного интеллекта. Этот подход улучшает условия для рассеивания тепла три раза по сравнению с классическими металлическими тепловыми дистрибьюторами, используемыми повсюду.

Авторы исследования используют искусственный интеллект для определения теплового следа определенных чипов и для определения самых горячих областей кристалла, которые требуют более интенсивного охлаждения. Для этой части разработчики черпали вдохновение из природы, которая создала системы кровообращения животных и людей. Считается, что такие методы охлаждения открывают новые возможности для следующего поколения чипсов искусственного интеллекта. Проблема с подходами к охлаждению тока заключается в относительно высоких потерях из -за большого количества единиц в цепочке тепловой передачи.

В случае графических процессоров введение микрогидродинамического охлаждения может снизить максимальное повышение температуры чипа на 65%, хотя эффективность может варьироваться в пределах широких пределов в зависимости от типа полупроводниковых компонентов.

Во время процесса литографии миниатюрные каналы выгравируются на задней поверхности кристалла, что позволяет питаться охлаждающей жидкостью непосредственно в кристалл, а тепло рассеивается более эффективно. Глубина микроканалей должна быть достаточной для обеспечения хорошей циркуляции жидкостей без засорения микрочастицами, но важно поддерживать прочность самого кристалла, что не должно стать слишком хрупким. Только в прошлом году разработчики обработали в четыре раза по сравнению с микроканалами, чтобы максимизировать их эффективность.

Отдельной проблемой был выбор стадий производственного процесса чипа, ответственного за гравюр микроканалей на поверхности кремниевой пластины, выбор химических веществ для гравюры и оптимальный состав охлаждающей жидкости, а также развитие герметичной упаковки для всего чипа.

Чтобы получить максимальную отдачу от природы, Microsoft сотрудничала со швейцарским стартапом Corintis, что привело к системе микрохалов со структурой ближе к биологическому. Говорят, что это напоминает кровеносные сосуды в крыле бабочки.

Отмечено, что прямой контакт охлаждающей жидкости с полупроводниковыми компонентами обеспечивает поддержание довольно высокой температуры — до 70 градусов по Цельсию, сохраняя при этом высокую эффективность охлаждения. Тщательное рассмотрение экспериментальных результатов показало, что этот подход заметно превосходит традиционные решения. Это также позволяет сложить чипсы друг на друга без риска перегрева — если каждый уровень охлаждается жидкостью. В серверных системах особенно востребованы чипы с трехмерным многоэтажным расположением, поскольку они уменьшают задержки в обмене информацией между вычислительными блоками и памятью. Ранее такая макет был трудно выполнить из -за проблем с рассеянием тепла.

Microsoft может использовать эти разработки для создания новой высокопроизводительной памяти. Представители компании не хотят обмениваться подробностями о развитии профилей, но не скрывают их интерес: «Память не то, что можно игнорировать».

Компания объясняет, что описанный подход к охлаждению открывает новые возможности для создания 3D-чипов со сложным многоэтапным расположением. Когда чипы расположены по вертикали, микроканальная система на каждом уровне будет подключаться к соседним каналам — похожая на парковку на нескольких этажах. Это гарантирует, что каждый уровень эффективно охлаждается, в то время как теперь с многоэтажными чипсами, тепло просто переносится из нижних кристаллов в вышеупомянутые, на которых установлен холодильник.

Масштаб бизнеса Microsoft с облачными расчетами заставляет компанию использовать все возможности для оптимизации, включая снижение потребления энергии.

Жидкое охлаждение чипов через прямой контакт через сеть микроканала открывает новые возможности для контроля вычислительной мощности в пиковые периоды. Например, в той же среде команды есть окно около часа или полтора часа в течение дня, которые характеризуются пиковой нагрузкой — только основная часть видеоконференций проводится в определенное время. Вместо того, чтобы поддерживать вместимость резервных серверов для этих потребностей, Microsoft может вскоре увеличить частоту процессоров в существующих, как будто «разгоняла» их для достижения необходимой производительности. С помощью жидкого охлаждения это было бы безопаснее и легче сделать.

Джуди Прист, корпоративный вице -президент и главный технический директор Департамента облачных операций и инноваций в Microsoft, сказала следующее:

«Микрогидродинамика позволит получить более энергетически плотные структуры, которые дают клиентам более чем важные функции, обеспечивая при этом более высокую производительность в меньшем пространстве».

Хусус Алис, директор по системной технологии, в этом отделении Microsoft добавил:

«Системное мышление важно для разработки таких технологий, как микрогидродинамика. Необходимо понять, как их системы взаимодействуют в кремнии, через охлаждающую жидкость, сегмент сервера и в центре обработки данных, чтобы получить наилучшее значение».

Важно напомнить вам, что не только IBM и Microsoft, но и Intel выполняются. Однако последний предлагает не гравировать сами кристаллы, а превратить крышку процессора в водный блок. По словам компании, это позволит эффективному охлаждению процессоров, которые излучают 1000 Вт (блуждая) власть.

Microsoft также разрабатывает новые типы полых оптических волокон. Вместо стеклянного ядра эти волокна содержат воздух, что позволяет им быстрее передавать сигналы. Сотрудничество в этом направлении ведется с Corning и Heraeus Covantics, которая может создать производство таких волокон.