Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего придумали, как охлаждать мощную электронику без лишних затрат энергии. Их разработка — мембрана из специальных волокон, которая отводит тепло за счет испарения жидкости. Технология может заменить вентиляторы, радиаторы и даже сложные системы жидкостного охлаждения, а заодно сократит расход воды, которую сейчас активно используют для охлаждения серверов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Joule.

Спрос на обработку данных растет вместе с развитием искусственного интеллекта и облачных технологий, а вместе с ним — и количество тепла, которое выделяют сервера. Сейчас на охлаждение тратится до 40% всей энергии дата-центра. Если ничего не изменится, к 2030 году эти затраты могут удвоиться.

Новая технология испарительного охлаждения способна переломить тренд. В ее основе — дешевая волокнистая мембрана с сетью микроскопических пор. Они втягивают жидкость за счет капиллярного эффекта, а при испарении она забирает тепло с поверхности микросхем — без дополнительных энергозатрат.

Капиллярный эффект — это способность жидкости подниматься по узким каналам (порам или трубкам) против силы тяжести. Происходит это за счет сил поверхностного натяжения: молекулы воды «прилипают» к стенкам и тянут за собой остальную жидкость. Именно так вода поднимается по корням растений или пропитывает губку. В этой технологии эффект помогает мембране втягивать охлаждающую жидкость без насосов.

Мембрану размещают над микроканалами, по которым течет охлаждающая жидкость, и она эффективно рассеивает тепло.

По сравнению с воздушным или жидкостным охлаждением испарение отводит больше тепла при меньших энергозатратах, — объясняет профессор Ренкун Чен, один из руководителей проекта.

Испарение уже используют для охлаждения — например, в тепловых трубках ноутбуков или кондиционерах. Но применить его для мощной электроники раньше не получалось. Пробовали пористые мембраны, но их поры либо забивались, либо провоцировали кипение.

Мы взяли волокнистую мембрану с порами нужного размера, и это сработало, — говорит Чен.

В тестах система показала рекордные результаты:

• выдерживала тепловой поток более 800 Вт на квадратный сантиметр — один из лучших показателей для подобных технологий;
• работала стабильно несколько часов подряд.

Мы взяли материал, который изначально создавали для фильтрации, и нашли ему новое применение, — отмечает Чен. — Но самое удивительное — он не просто выдержал высокие нагрузки, а превзошел ожидания.

Технология пока далека от теоретического предела эффективности. Сейчас команда дорабатывает мембрану и тестирует ее в охлаждающих пластинах для процессоров. А еще запускает стартап, чтобы вывести разработку на рынок.

Главное преимущество этой технологии — снижение энергопотребления дата-центров. Если внедрить ее массово, это замедлит рост их аппетитов к электричеству, что критически важно на фоне бума ИИ. Второй плюс — экономия воды: многие ЦОД используют испарительные градирни, которые «выпивают» миллионы литров. Наконец, метод можно адаптировать для охлаждения мощных GPU в серверах и даже в электромобилях — везде, где важно отводить тепло без лишних затрат.

Пока неясно, как система поведет себя в реальных условиях: лабораторные тесты проводили на ограниченных временных промежутках, а в дата-центрах оборудование работает годами. Кроме того, мембрана требует подачи жидкости — если поры забьются пылью или примесями, эффективность упадет. Наконец, авторы не уточняют стоимость производства: даже скромная наценка может сделать технологию нерентабельной.

Ранее ученые заявили, что от перегрева процессоры спасет графен.