4 Minutės
Įsivaizduokite miniatiūrinį vario spyglių mišką, siekiantį tvinksintį lustą, kiekvieno smaigo forma sukurta šilumai išvaduoti. Keista, ar ne? Tačiau ši vizija tapo aušinimo proveržio brėžiniu, galinčiu pakeisti duomenų centrų elektros energijos vartojimą.
Duomenų centrai patiria spartų augimą. JAV serverių energijos suvartojimas 2014–2023 m. išaugo daugiau nei tris kartus ir prognozuojama, kad iki 2028 m. gali padvigubėti arba net patrigubėti, potencialiai sudarydamas iki 12 procentų šalies tinklo apkrovos. Ir ne tik skaičiavimai sunaudoja energiją: aušinimas ir pagalbinės sistemos dažnai sudaro beveik pusę įmonės energijos sąnaudų. Skaičiai aiškūs – geresnis lustų aušinimas nėra vien inžinerinis privalumas, tai klimato ir kaštų dalykas.
Atsirado naujo tipo tiesiogiai ant lustų montuojama aušinimo plokštė, sukurta Ilinojaus universiteto Urbana-Šampain (University of Illinois at Urbana-Champaign) tyrėjų kartu su San Diego gamintoju Fabric8Labs. Iš pirmo žvilgsnio ji atrodo neįprastai: vietoj lygių, stačiakampių mentelių komanda pagamino dantytus, skustuvo aštrumo išsikišimus iš gryno vario. Dizainą lėmė algoritminis skulptorius, vadinamas topologijos optimizavimu. Pradėkite nuo stačiakampio, leiskite matematikai jį lankstyti ir karpyti per daugybę simuliuotų iteracijų, ir gaunate formas, kurių žmogaus intuicija retai įsivaizduoja.
Kodėl dantyti kraštai? Nes šilumos perdavimas priklauso nuo geometrijos. Aštrūs galai ir nereguliarūs kraštai padidina paviršių, kontaktuojantį su skystu aušinamuoju skysčiu, ir sukuria srauto takus, kurie efektyviau išneša šilumą. Be to, inžinieriai optimizacijos procese įvertino siurbimo galią, todėl galutinis sprendimas subalansuoja dvi konkurencingas būtinybes: greitai perkelti šilumą ir tuo pačiu neversti siurblių dirbti intensyviau. Kaip UIUC tyrėjas Nenad Miljković paaiškino, metodas konverguoja link sprendimų, kurie maksimaliai padidina šiluminį efektyvumą ir tuo pačiu sumažina siurbimo galingumą.
Tokių formų gamyba kelia naują iššūkį: kaip jas pagaminti? Vario šilumos laidumas puikus, bet jis yra sudėtingas tradicinėse adityvinėse gamybos technologijose. Komandos sprendimas buvo elektrocheminė adityvinė gamyba, arba ECAM. Vietoj metalo lydymo, ECAM sluoksnis po sluoksnio dengia varį elektrolytiniu padengimu, leidžiant pasiekti detales nuo 30 iki 50 mikrometrų – smulkiau nei žmogaus plauko storis. Toks tikslumas leidžia dantytai geometrijai tapti realiu, naudojamu komponentu, o ne tik stilizuotu CAD pavyzdžiu.
Rezultatai akivaizdūs. Palyginti su įprastomis aušinimo plokštėmis su paprastomis stačiakampėmis mentėmis, gryno vario, topologijos optimizuotos plokštės užtikrino iki 32 procentų geresnį aušinimą prie tokio pat srauto ir sumažino slėgio nuostolį net iki 68 procentų, išlaikydamos šiluminį našumą. Jei šie laimėjimai būtų pritaikyti didelio tankio, naujos kartos duomenų centre, aušinimo dalis galėtų sumažėti iki maždaug 1,1 procento viso energijos suvartojimo, palyginti su maždaug 30 procentų kai kuriose dabartinėse oro aušinimo sistemose. Tai reikšmingi skaičiai, galintys pakeisti operacijų planavimą ir tvarumo tikslus.
Yra ir platesnių pasekmių. Tiesioginis skystasis aušinimas ant lustų jau domina aukštos spartos skaičiavimus ir dirbtinio intelekto klasterius, kur kaupiasi didelės šilumos tankiai. Tačiau darbo eiga – topologijos optimizavimas kartu su ECAM – gali būti pritaikyta įvairiems aušinimo iššūkiams skirtingais masteliais, nuo mikroelektronikos iki didesnių šilumokaičių. Kitaip tariant, tai ne tiek vienkartinis produktas, kiek metodas metalui formuoti tam, kad valdytume šilumą.
Praktiniai iššūkiai išlieka: ECAM yra nauja technika, kuriai reikės pramoninio masto plėtros, sąnaudų analizės ir ilgalaikio patikimumo bandymų, kol ji galės pakeisti esamus sprendimus. Vis dėlto matematiniu dizainu ir preciziška elektrocheminiu gamybos procesu sujungtas požiūris yra patrauklus kelias pirmyn. Kai lustai „rėkia“ esant apkrovai, ne visada daugiau silicio išsprendžia problemą; kartais reikia aštresnės inžinerijos.
Jei duomenų centrai masiškai priims šias dantytas varines plokštes, kaip greitai galėtume perbraižyti debesų kompiuterijos energijos žemėlapį? Įrankiai jau yra, dabar viskas priklauso nuo to, ar pramonė ryšis žengti šį žingsnį.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą