Black Baron

Корпорация Microsoft активно развивает технологии охлаждения для современных чипов, ориентированных на искусственный интеллект, где проблема перегрева становится всё более острой. Недавно компания объявила о успешных испытаниях системы микрофлюидного охлаждения, где микроканалы интегрированы непосредственно в кремний чипа. Эта разработка, вдохновлённая структурами из природы, такими как вены на крыльях бабочек или листьях, позволяет значительно повысить эффективность отвода тепла. Такой подход не только снижает температуру, но и открывает пути для создания более компактных и мощных вычислительных систем. В статье мы разберём детали этой технологии, её преимущества, процесс разработки и перспективы применения в облачных сервисах и за их пределами.

Пример микрофлюидное охлаждение чипов

История и мотивация разработки

Идея использования микрогидродинамических систем для охлаждения полупроводников не нова — компания IBM давно продвигает подобные концепции. Однако Microsoft, стремясь не отставать, провела собственные эксперименты в своей инфраструктуре. Результаты показали, что прямое жидкостное охлаждение через микроканалы в чипе значительно повышает производительность, особенно для ИИ-ориентированных процессоров. Основная проблема традиционных методов охлаждения — высокие потери тепла из-за многоступенчатой цепочки передачи, что ограничивает возможности современных GPU и CPU.

Вдохновение черпалось из биологических систем, таких как кровеносные сосуды в организмах или венозные сети в крыльях бабочек, которые эффективно распределяют жидкости. Это позволило создать дизайн, где микроканалы вытравливаются на задней стороне кристалла с помощью литографических процессов, обеспечивая прямой контакт охлаждающей жидкости с нагревающимися элементами.

Технические особенности и вызовы

Микроканалы имеют глубину, достаточную для циркуляции жидкости без риска засорения, но при этом сохраняют прочность кремниевой пластины. Разработчики Microsoft четырежды корректировали дизайн в течение года, чтобы добиться оптимальной эффективности. Ключевые трудности включали подбор этапов производства, выбор химикатов для травления, состав охлаждающей жидкости и создание герметичной упаковки.

Для оптимизации структуры каналов компания сотрудничала со швейцарским стартапом Corintis, что привело к биомиметическому дизайну, напоминающему природные паттерны. Использование искусственного интеллекта помогло в маршрутизации каналов, делая их похожими на вены листа, для более точного охлаждения горячих зон. В результате пиковая температура GPU снижается на 65%, а эффективность охлаждения втрое превосходит традиционные холодные пластины.

Интересно, что жидкость может нагреваться до 70 градусов Цельсия, сохраняя при этом высокую производительность системы. Это особенно полезно для 3D-компоновки чипов, где слои штабелируются вертикально: каждый уровень получает собственное охлаждение через вертикальные каналы, минимизируя задержки в обмене данными между вычислительными блоками и памятью. Ранее такие конфигурации были ограничены из-за проблем с теплом.

Применение и перспективы

Эта технология открывает двери для новой высокопроизводительной памяти и многоуровневых 3D-чипов. Microsoft не раскрывает все детали, но подчёркивает важность памяти в своих разработках. В облачных системах, таких как Azure, это позволит оптимизировать энергопотребление и управлять пиковыми нагрузками — например, в сервисе Teams, где нагрузка варьируется в определённые часы. Вместо резервных серверов можно временно повышать частоту процессоров, безопасно разгоняя их благодаря эффективному охлаждению.

Корпоративный вице-президент по облачным операциям и инновациям Джуди Прист отметила: «Микрофлюидика позволит создавать более энергоёмкие дизайны, предоставляя клиентам больше возможностей и повышенную производительность в компактном формате». Директор по системным технологиям Хусам Алисса добавил: «При разработке таких технологий важно системное мышление — от кремния и жидкости до серверов и дата-центров, чтобы максимизировать отдачу».

Другие компании, такие как Intel, также работают над подобными решениями, предлагая интегрировать водоблоки в крышки процессоров для охлаждения чипов мощностью до 1000 Вт. Кроме того, Microsoft разрабатывает инновационное пустотелое оптоволокно с воздушным сердечником в партнёрстве с Corning и Heraeus, что ускорит передачу сигналов. Эти наработки подчёркивают тенденцию к интеграции биомиметики в микроэлектронику.

Еще пример микрофлюидного охлаждения чипов

Инновация Microsoft в области микрофлюидного охлаждения чипов, вдохновлённая природными структурами, представляет собой значительный прорыв для ИИ и облачных технологий. Она не только решает проблему перегрева, но и способствует созданию более эффективных, компактных систем с 3D-архитектурой. Сотрудничество с партнёрами и использование ИИ в дизайне демонстрируют комплексный подход, который может изменить ландшафт вычислений. В будущем такие технологии помогут оптимизировать энергозатраты и повысить производительность, подтверждая лидерство Microsoft в инновациях для дата-центров и за их пределами.