Охлаждение без затрат энергии: новая испарительная мембрана снизит расходы дата-центров на 40%

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новую технологию охлаждения, которая может значительно повысить энергоэффективность дата-центров и высокопроизводительных электронных устройств. Разработка использует специально разработанную фиброзную мембрану для пассивного отвода тепла посредством испарения. Это перспективная альтернатива традиционным системам охлаждения, таким как радиаторы и жидкостные насосы, которая к тому же позволяет сократить потребление воды.

В связи с бурным развитием искусственного интеллекта и облачных вычислений, потребность в обработке данных, и, следовательно, выделяемое при этом тепло, стремительно возрастает. В настоящее время на охлаждение приходится до 40% от общего энергопотребления дата-центра. Если нынешние тенденции сохранятся, то глобальное энергопотребление на охлаждение может более чем удвоиться к 2030 году. Новая технология испарительного охлаждения призвана сдержать этот рост.

Система использует недорогую фиброзную мембрану с сетью крошечных взаимосвязанных пор, которые за счёт капиллярного эффекта распределяют охлаждающую жидкость по её поверхности. По мере испарения жидкости происходит эффективный отвод тепла от расположенной под ней электроники – без затрат дополнительной энергии. Мембрана размещается поверх микроканалов над электронными компонентами, обеспечивая непрерывный поток жидкости и эффективный рассеивание тепла.

«По сравнению с традиционным воздушным или жидкостным охлаждением, испарение позволяет рассеивать более высокий тепловой поток при меньшем энергопотреблении», – поясняет Ренкун Чен, профессор кафедры машиностроения и аэрокосмической техники инженерной школы им. Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего, один из руководителей проекта.

Многие приложения уже используют испарение для охлаждения – например, тепловые трубки в ноутбуках и испарители в кондиционерах. Однако эффективное применение этого принципа к высокопроизводительной электронике до сих пор представляло собой сложную задачу. Предыдущие попытки использования пористых мембран, обладающих большой поверхностью, идеально подходящей для испарения, оказались безуспешными из-за слишком малых (забивались) или слишком больших (вызывалось нежелательное кипение) пор. В новой разработке используются фиброзные мембраны с взаимосвязанными порами оптимального размера, что обеспечивает эффективное испарение без этих недостатков.

В ходе испытаний при различных тепловых потоках мембрана показала рекордные результаты, рассеивая тепловой поток, превышающий 800 ватт на квадратный сантиметр – один из самых высоких показателей для систем такого типа. При этом мембрана продемонстрировала стабильную работу в течение нескольких часов. Сейчас команда работает над усовершенствованием мембраны и оптимизацией её характеристик, планируя интеграцию в прототипы охлаждающих пластин, а также создание стартапа для коммерциализации технологии. Патент на данную разработку уже подан.

 Источник: UC San Diego