Группа исследователей под руководством профессора Ненада Мильковича (Nenad Miljkovic), директора Центра кондиционирования и охлаждения Иллинойского университета в Урбане-Шампейне (UIUC), представила технологию прямого жидкостного охлаждения процессоров.

Согласно работе, использование медных «холодных пластин» (cold plates), созданных методом высокоточной электрохимической 3D-печати, позволяет повысить эффективность отвода тепла на 32% по сравнению с существующими аналогами. Это может радикально изменить экономику и экологический след индустрии больших данных и искусственного интеллекта, которая сталкивается с дефицитом мощностей в электросетях.

Проблема перегрева современных полупроводников требует колоссальных затрат энергии: в типичном дата-центре мощностью 1 гигаватт (ГВт) около 500 мегаватт расходуется исключительно на работу систем охлаждения. Использование новых пластин позволяет снизить этот показатель до рекордных 11 мегаватт. Секрет эффективности кроется в сложной внутренней архитектуре медных рёбер, которые контактируют с хладагентом.

С помощью алгоритмов топологической оптимизации — математического метода, который через тысячи итераций находит идеальную форму объекта — учёные создали структуру, напоминающую ветви дерева. Такая геометрия максимально увеличивает площадь теплообмена при одновременном снижении сопротивления потоку жидкости (падение давления уменьшилось на 68%).

Крупный план оптимизированной конструкции рёбер, созданной с использованием запатентованной технологии ECAM компании Fabric8Labs. Источник: Cell Reports Physical Science, Bazmi et al

Изготовление столь сложных трёхмерных структур стало возможным благодаря сотрудничеству с компанией Fabric8Labs из Сан-Диего, разработавшей технологию электрохимического аддитивного производства (ECAM).

В отличие от традиционной 3D-печати металлом, где используется лазерное плавление порошка, метод ECAM наращивает медь слой за слоем из раствора на атомном уровне с высочайшим разрешением. Это позволяет создавать детали, которые невозможно произвести методами литья или фрезеровки. Профессор Милькович подчеркнул, что «полученные древовидные структуры идеально распределяют тепловые потоки, делая систему жидкостного охлаждения на порядки эффективнее воздушных систем».

На текущем этапе прототипы прошли успешные лабораторные испытания. Следующим шагом станет демонстрация технологии на реальных чипах в гипермасштабируемых серверах крупнейших облачных провайдеров. В условиях, когда спрос дата-центров на электроэнергию может утроиться к 2028 году, переход на подобные оптимизированные системы охлаждения является критически важным для устойчивого развития IT-отрасли и стабильности национальных энергосистем.