Intel Mergulha no Futuro do Resfriamento

As pesquisas e colaborações da Intel em tecnologias térmicas ajudam a ampliar a Lei de Moore e melhorar a sustentabilidade dos data centers.

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  • 19 de abril de 2023

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Um laboratório da Intel Corporation em Hillsboro, Oregon, mantém 24 servidores baseados em processadores Intel Xeon em funcionamento dentro de um tanque preenchido com fluído sintético não condutor de eletricidade. O resfriamento por imersão é um método de maior eficácia para gerenciar o calor dos processadores do que o resfriamento tradicional por ar. A Intel está trabalhando com parceiros do setor para desenvolver soluções para os data centers de hoje e do futuro. (Crédito: Intel Corporation)

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Estender a Lei de Moore significa colocar mais transistores em um circuito integrado e, cada vez mais, adicionar mais núcleos. Isso melhora o desempenho, mas requer mais energia.

Na última década, a Intel estima ter economizado 1.000 terawatts de energia elétrica através das melhorias que seus engenheiros fizeram aos processadores. Esses avanços são complementados por tecnologias de resfriamento – ventiladores, coolers na porta, resfriamento direto para chip – que gerenciam ainda mais o calor, economizam energia e reduzem as emissões de carbono.

Esses recursos de resfriamento exigem até 40% do consumo de energia de um data center 1. À medida que a Intel procura aumentar o desempenho no futuro, melhorias precisam ser realizadas de forma eficiente em energia, e o resfriamento de ar pode não ser a solução.

Felizmente, a Intel está trabalhando com o setor de resfriamento líquido – de fornecedores de tanques a fornecedores de fluidos para seus próprios laboratórios – para criar soluções inovadoras onde os componentes de computação estão em contato direto com um fluido que conduz o calor. Algumas das soluções parecem estar no reino da ficção científica, como câmaras de vapor 3D embarcadas em dissipadores de calor em forma de coral. Ou pequenos jatos, ajustados por inteligência artificial, que disparam água fria sobre pontos quentes no chip para remover o calor. Todos estão sendo explorados em laboratórios térmicos da Intel.

Interrupção no Data Center

De acordo com um estudo da Agência Internacional de Energia de 2022, o uso global de energia em data center em 2021 foi de 220 a 320 terawatts, ou cerca de 0,9% a 1,3% da demanda global de eletricidade.

O aumento do uso de energia por data centers e os principais supercomputadores do mundo levaram o resfriamento líquido da fantasia à tecnologia fringe para a iminência do mainstream.

A Intel apoia o resfriamento de imersão há mais de uma década, e por um bom motivo: o caminho para data centers sustentáveis e supercomputadores exóticos exige uma revolução no resfriamento para acomodar processadores mais potentes.

"Intel: 'A Hora é Agora' para resfriamento de imersão", leia uma manchete do Data Center Frontier de 26 de outubro de 2022. Na Open Compute Summit daquele dia, o Zane Ball da Intel discutiu o crescente foco no resfriamento por imersão e anunciou que a Intel faria parceria com o Open Compute Project e fornecedores de resfriamento para desenvolver padrões para tornar a tecnologia mais acessível.

"As pessoas têm falado sobre resfriamento líquido há muito tempo", diz Ball, vice-presidente corporativo e gerente geral de Engenharia e Arquitetura de Data Center. "É sempre isso que vamos fazer no futuro. Acreditamos que chegamos a um momento em que o resfriamento líquido deve desempenhar um papel muito maior no data center."

Em 2021, a Intel anunciou uma colaboração com a Submer, líder do setor em resfriamento de imersão, para trabalhar em processadores Intel® Xeon® submerso em data centers. Em janeiro de 2022 , a Intel anunciou um acordo com o Green Revolution Cooling (GRC) para projetar e implementar técnicas personalizadas de resfriamento de imersão de ponta em futuros data centers e implantações de borda. Também em 2022, a Intel entregou um primeiro piloto de garantia de imersão do setor para processadores Intel Xeon e venceu seus primeiros negócios de sustentabilidade em comparação com a concorrência com grandes clientes globais, incluindo Microsoft e Alibaba.

Design de Unidades de Sustentabilidade

O resfriamento de imersão faz parte dos compromissos net-zero da Intel. Até 99% do calor gerado por equipamentos de TI pode ser capturado na forma de água ou outro líquido de resfriamento. Em vez de precisar de ventoinhas, o calor passa para o fluido, que é então circulado para dissipar a energia, muito parecido com um sistema de ar condicionado. Esse calor pode até ser aproveitado e reutilizado conforme necessário.

"O resfriamento por imersão é uma tecnologia perturbadora", disse Jen Huffstetler, diretora de sustentabilidade de produtos do Data Center da Intel e do Grupo AI (DCAI). "Esta tecnologia não apenas aborda alguns dos maiores desafios do data center – ao reduzir o uso de energia e água – também ajuda nossos clientes a melhorar o TCO (custo total de propriedade) ao mesmo tempo em que melhora a densidade de computação geral."

As soluções de interrupção precisam ser inovadoras, mas também prontas para o mercado, executáveis e testáveis. A Intel fará parcerias com startups e líderes acadêmicos sobre essas tecnologias, com o objetivo de desenvolver soluções abertas nos próximos cinco anos que a Intel – e o mundo – podem usar para reduzir a pegada de energia dos data centers.

Novos Materiais e Estruturas para Resfriamento

Os pesquisadores da Intel estão desenvolvendo soluções novas para suportar as necessidades de gerenciamento térmico e de energia de arquiteturas de última geração, incluindo dispositivos de até 2 kilowatts.

Entre as soluções que estão olhando estão câmaras de vapor 3D (lacradas, bolsas de metal plana cheia de fluido) para espalhar a capacidade de ebulição usando o mínimo de espaço e melhorando revestimentos de aprimoramento de ebulição, que reduzem a resistência térmica promovendo alta densidade de local de nucleação (onde bolhas de vapor formam em uma superfície metálica).

A ebulição é um dos métodos mais eficazes para resfriar dispositivos eletrônicos de alta potência e manter uma distribuição uniforme de temperatura. Revestimentos de aprimoramento de ebulição feitos de materiais avançados podem facilitar a ebulição de núcleos eficazes. Hoje, estes são aplicados em uma superfície plana, mas pesquisas mostram um design de dissipador de calor semelhante a coral com recursos internos semelhantes ao sulco tem o maior potencial para coeficientes de transferência de calor externos com resfriamento de imersão em duas fases.

A Intel imagina essas cavidades de câmara de vapor 3D de resistência térmica ultrabaixa integradas em dissipadores de calor de imersão em forma de coral criados usando fabricação aditiva.

Outra abordagem que os pesquisadores da Intel estão buscando usa matrizes de jatos de fluidos para resfriar os dispositivos de maior potência. Ao contrário de dissipadores de calor típicos ou placas frias tradicionais que passam fluidos sobre uma superfície, os jatos de resfriamento encaminham o fluido diretamente na superfície. A tampa térmica que contém os jatos pode ser conectada diretamente à parte superior de um pacote padrão, eliminando o material de interface térmica e reduzindo a resistência térmica. Com módulos multi-chip tornando-se cada vez mais difíceis de resfriar, essa tecnologia pode ser personalizada para cada construção e pode atingir hot spots de forma eficaz, permitindo que o processador execute em uma temperatura mais baixa com um aumento de 5% a 7% no desempenho para a mesma potência.

Desde seus projetos de processadores até o nível do sistema do data center, a Intel continua focada em estender a Lei de Moore, ao mesmo tempo em que aumenta a eficiência energética.

"Habilitar e inovar tecnologias térmicas agressivas e escaláveis é a necessidade da hora para alinhar com o aumento exponencial de energia esperado pelos processadores na próxima década", diz Tejas Shah, arquiteto térmico líder do grupo De plataformas de super computação da Intel. "A Intel está na vanguarda de melhorar e padronizar essa tecnologia, que é existencialmente importante para o nosso futuro."

1 "A transformação sustentável do data center: reduzindo a pegada de carbono com resfriamento de imersão líquida"