ARPA-E計劃的目標是將未來2千瓦處理器的冷卻效率提高兩倍以上

近期，美國能源部（DOE）宣布，選定含英特爾在內的15家機構，為未來數據中心打造高性能、高效節能的冷卻解決方案。這一消息已于五月宣布，是COOLERCHIPS計劃的一部分。COOLERCHIPS計劃是由美國能源部能源高級研究計劃局（ARPA-E）提供支持，旨在優化信息處理系統的冷卻操作，提高能源利用率、可靠性和碳超高效率。其中，英特爾的項目將獲得為期三年，共計171萬美元的資助。該項目將推動英特爾在其高性能處理器中部署更多核心及晶體管的同時，管理未來設備所產生的熱量，進而推動摩爾定律的延續。

英特爾超級計算平臺事業部首席工程師兼熱設計師Tejas Shah表示：“簡單、可持續及易于升級的特性是浸沒式冷卻技術被用戶采納的原因。該項目將使得兩相浸沒式冷卻技術的發展，能夠處理未來十年處理器所需電力指數級增長所帶來的問題。”

數據中心耗電量約占美國總耗電量的2%，其中，數據中心冷卻的用電量則占據了40%。而該入選項目則旨在減少冷卻數據中心所必需的能源，并降低與這一關鍵基礎設施相關的運營碳足跡。

為滿足行業對計算能力和性能日益增長的需求，未來的數據中心處理器預計需要超過2千瓦(kW)的電力，這對于現有冷卻技術來說是一項挑戰。如今最強大的芯片的用電量已直奔1千瓦。

冷卻解決方案的開發不僅將進一步增強英特爾處理器及英特爾代工服務生產的處理器的性能，使得摩爾定律得以延續，同時，也將推動英特爾兌現其在能源效率和可持續發展方面的承諾。

英特爾將與學術界及行業領袖合作，開發創新的浸沒式冷卻解決方案。英特爾將負責并監督整項研究的開展，為評估工作提供熱測試工具，定義下一代處理器的外形規格和限制條件，包括熱點位置。

英特爾的項目打造了具備超低熱阻的珊瑚形浸沒式液冷散熱器，將其集成到三維真空蒸發腔中，以支持更密集、性能更高的設備。英特爾的設計將通過優化三維真空蒸發腔以解決兩相浸沒式液冷面臨的挑戰，從而更有效地散發熱量。

研究人員將使用3D打印技術制造這種新型散熱器，并在多種環境下測試蒸發器的性能。

該團隊將把新的真空蒸發腔均溫板設計與創新的沸騰增強涂層結合起來，通過提高成核點密度來降低熱阻。如今，這些涂層被應用在平坦的表面上，但研究表明，具有內部凹槽狀特征的珊瑚形散熱器設計具有二相式浸沒式液冷的最高外部傳熱系數潛力。

該團隊將基于計算方法來確定珊瑚狀散熱器的最佳設計。而如今的散熱器則通常是由長而平行的螺紋條構成。

研究人員將把這些創新應用于兩相浸沒式冷卻系統中，其中，服務器在一個特別設計的密封槽中運行，并使用一種非導電的液體介質。服務器產生的熱量使液體沸騰并產生蒸汽，然后經歷相變回到液體狀態，同時帶走熱量，其原理與家用空調系統類似。

該團隊的目標是將整個兩相浸沒式冷卻系統的能力從0.025°C/瓦提高到0.01°C/瓦以下，或將效率提高2.5倍或更多。