Ampliar la Ley de Moore significa poner más transistores en un circuito integrado y, cada vez más, añadir más núcleos. Hacerlo mejora el rendimiento pero requiere más energía.
Durante la última década, Intel estima que ha ahorrado 1.000 teravatios hora de electricidad gracias a las mejoras que sus ingenieros han realizado en los procesadores. Estos avances se complementan con tecnologías de refrigeración (ventiladores, refrigeradores interiores, refrigeración directa al chip) que gestionan aún más el calor, conservan energía y reducen las emisiones de carbono.
(Foto: Corporación Intel)
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Estas características de enfriamiento requieren hasta el 40% del consumo de energía de un centro de datos. A medida que Intel busca aumentar el rendimiento en el futuro, es necesario lograr mejoras de manera eficiente desde el punto de vista energético, y la refrigeración por aire puede no ser la solución.
Afortunadamente, Intel está trabajando con la industria de la refrigeración líquida (desde proveedores de tanques hasta proveedores de fluidos y sus propios laboratorios) para crear soluciones innovadoras en las que los componentes informáticos estén en contacto directo con un fluido conductor de calor. Algunas de las soluciones parecen directamente del ámbito de la ciencia ficción, como cámaras de vapor 3D incrustadas en disipadores de calor con forma de coral. O pequeños chorros, ajustados por inteligencia artificial, que disparan agua fría sobre puntos calientes del chip para eliminar el calor. Todos se están explorando en los laboratorios térmicos de Intel.
Interrupción en el centro de datos
Según un 2022 Estudio de la Agencia Internacional de Energíael uso mundial de electricidad de los centros de datos en 2021 fue de 220 a 320 teravatios hora, o alrededor del 0,9% al 1,3% de la demanda mundial de electricidad.
El aumento en el uso de energía por parte de los centros de datos y las principales supercomputadoras del mundo ha hecho que la refrigeración líquida pase de ser una fantasía a una tecnología marginal y al borde de la corriente principal.
Intel ha apoyado la refrigeración por inmersión durante más de una década, y por una buena razón: el camino hacia centros de datos sostenibles y supercomputadoras a exaescala requiere una revolución en la refrigeración para dar cabida a procesadores más potentes.
“Intel: ‘Ahora es el momento’ para el enfriamiento por inmersión”. lea un titular de Data Center Frontier del 26 de octubre de 2022. En la Open Compute Summit de ese día, Zane Ball de Intel discutió el creciente enfoque en el enfriamiento por inmersión y anunció que Intel se asociaría con el Open Compute Project y los proveedores de enfriamiento para desarrollar estándares para hacer la tecnología más accesible.
“La gente ha hablado de refrigeración líquida durante mucho tiempo”, afirmó Ball, vicepresidente corporativo y director general de Ingeniería y Arquitectura de Centros de Datos. “Siempre es eso lo que haremos en el futuro. Creemos que hemos llegado a un momento en el que la refrigeración líquida debe desempeñar un papel mucho más importante en el centro de datos”.
En 2021, Intel Anunciado una colaboración con sumergible, líder de la industria en enfriamiento por inmersión, para trabajar en procesadores Intel® Xeon® refrigerados por inmersión en centros de datos. En enero de 2022, Intel Anunciado un acuerdo con Enfriamiento de la Revolución Verde (GRC) para diseñar e implementar técnicas personalizadas de enfriamiento por inmersión de vanguardia en futuros centros de datos e implementaciones de borde. También en 2022, Intel entregó una primicia en la industria cláusula adicional de garantía de inmersión para Procesadores Intel Xeon y ganó sus primeros acuerdos de sostenibilidad frente a la competencia con grandes clientes globales, incluidos Microsoft y Alibaba.
La sostenibilidad impulsa el diseño
El enfriamiento por inmersión es parte de los compromisos netos cero de Intel. Hasta el 99% del calor generado por los equipos de TI se puede capturar en forma de agua u otro líquido refrigerante. En lugar de requerir ventiladores, el calor pasa al fluido, que luego circula para disipar la energía, de forma muy similar a un sistema de aire acondicionado. Ese calor puede incluso aprovecharse y reutilizarse según sea necesario.
“El enfriamiento por inmersión es una tecnología disruptiva”, dijo Jen Huffstetler, directora de sustentabilidad de productos en el Centro de Datos y Grupo de IA (DCAI) de Intel. “Esta tecnología no sólo aborda algunos de los mayores desafíos de los centros de datos (al reducir el uso de energía y agua), sino que también ayuda a nuestros clientes a mejorar el TCO (coste total de propiedad) al mismo tiempo que mejora la densidad informática general”.
Las soluciones disruptivas deben ser innovadoras, pero también listas para el mercado, ejecutables y comprobables. Intel se asociará con nuevas empresas y líderes académicos en estas tecnologías, con el objetivo de desarrollar soluciones abiertas durante los próximos cinco años que Intel -y el mundo- puedan utilizar para reducir la huella energética de los centros de datos.
Nuevos materiales y estructuras para la refrigeración
Los investigadores de Intel están desarrollando soluciones novedosas para satisfacer las necesidades de gestión térmica y de energía de las arquitecturas de próxima generación, incluidos dispositivos de hasta 2 kilovatios.
Entre las soluciones que están analizando se encuentran cámaras de vapor 3D (bolsas metálicas planas y selladas llenas de líquido) para distribuir la capacidad de ebullición utilizando un espacio mínimo y recubrimientos mejorados para mejorar la ebullición, que reducen la resistencia térmica al promover una alta densidad de sitios de nucleación (donde las burbujas de vapor forma sobre una superficie metálica).
La ebullición es uno de los métodos más eficaces para enfriar dispositivos electrónicos de alta potencia y mantener una distribución uniforme de la temperatura. Los recubrimientos que mejoran la ebullición fabricados con materiales avanzados pueden facilitar la ebullición nucleada efectiva. Hoy en día, estos se aplican sobre una superficie plana, pero las investigaciones muestran que un diseño de disipador de calor similar a un coral con características internas similares a ranuras tiene el mayor potencial para los coeficientes de transferencia de calor externos con enfriamiento por inmersión de dos fases.
Intel imagina estas cavidades de cámara de vapor 3D de resistencia térmica ultrabaja integradas dentro de disipadores de calor de enfriamiento por inmersión en forma de coral creados mediante fabricación aditiva.
Otro enfoque que están siguiendo los investigadores de Intel utiliza conjuntos de chorros de fluido para enfriar los dispositivos de mayor potencia. A diferencia de los disipadores de calor típicos o las placas frías tradicionales que hacen pasar fluido sobre una superficie, los chorros de enfriamiento dirigen el fluido directamente a la superficie. La tapa térmica que contiene los chorros se puede colocar directamente en la parte superior de un paquete con tapa estándar, eliminando el material de la interfaz térmica y reduciendo la resistencia térmica. Dado que los módulos de chips múltiples son cada vez más difíciles de enfriar, esta tecnología se puede personalizar para cada construcción y puede apuntar a puntos calientes de manera efectiva, lo que permite que el procesador funcione a una temperatura más baja con un aumento del rendimiento del 5% al 7% para la misma potencia.
Desde los diseños de sus procesadores hasta el nivel del sistema del centro de datos, Intel sigue centrado en ampliar la Ley de Moore y al mismo tiempo aumentar la eficiencia energética.
“Habilitar e innovar en tecnologías térmicas agresivas y escalables es la necesidad del momento para alinearse con el aumento exponencial de potencia esperado por los procesadores durante la próxima década”, dijo Tejas Shah, arquitecto térmico líder del grupo Super Compute Platforms de Intel. “Intel está a la vanguardia en la mejora y estandarización de esta tecnología, que es existencialmente importante para nuestro futuro”.
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