Neue Kupfer-Kühlplatten senken den Energieverbrauch von Rechenzentren um 98 %

Reines Kupfer drucken Die digitale Welt überhitzt. Während sich der Wettlauf um künstliche Intelligenz beschleunigt, treiben die riesigen Rechenzentren, die unsere Suchen und Chatbots antreiben, die USA an ihre Grenzen. Das Stromnetz erreicht seinen kritischen Punkt. Aktuelle Schätzungen zufolge könnten digitale Lagerhallen bis 2028 bereits 12 Prozent der nationalen Stromlast verbrauchen.

Seit langem werden Computer durch Luftkühlung gekühlt. Diese Methode ist einfach, kostengünstig und – wie heute – völlig unzureichend. Moderne Chips werden so leistungsfähig, dass Luftkühlung vergleichbar ist mit dem Versuch, einen Waldbrand mit einem Schreibtischventilator zu löschen.

In einem typischen Rechenzentrum mit einer Leistung von 1 GW werden über ein Drittel der gesamten Energie, etwa 550 Megawatt, für die Luftkühlung verschwendet statt für eigentliche Rechenaufgaben wie KI oder Datenspeicherung. In dieser neuen Studie haben Forscher eine „direct-to-chip"-Flüssigkühlplatte für Rechenzentren vorgestellt.

Leistung und Energieausbeute

Die direct-to-chip-Kühlung nutzt eine Metallkühlplatte mit „Flossen", die in eine zirkulierende Flüssigkeit hineinragen, um die Wärmeableitungsfläche zu maximieren. hnliche Systeme sind kommerziell erhltlich, opfern dabei jedoch hufig die thermische Effizienz zugunsten niedrigerer Herstellungskosten, whrend der neue Ansatz die Leistung durch optimierte Rippengestaltung in den Vordergrund stellt.

Unter Verwendung eines Verfahrens namens Topologieoptimierung lie das Team einen mathematischen Algorithmus die ideale Khlflche entwerfen.

Statt der blichen, langweiligen rechteckigen Rippen, wie sie in Heimcomputern vorkommen, erzeugte der Algorithmus komplexe, gezackte und spitze Kupferstrukturen, die sowohl fr die Wrmeaufnahme als auch fr den Fluidstrom optimiert sind. Die Topologieoptimierung fhrt schlielich zu einem Design, das die thermische Leistung maximiert und gleichzeitig die Pumpleistung minimiert", sagte Grnderprofessor Nenad Miljkovic.

Einsatz des 3D-Drucks Das Entwerfen einer

Einsatz des 3D-Drucks Das Entwerfen einer perfekten Form ist eine Sache; das Herstellen ist eine andere. Diese gezackten Rippen sind so komplex  einige dnner als ein menschliches Haar , dass konventionelle Fertigungsmethoden ihnen nicht gewachsen wren. Um dies zu lsen, wandten sich die Forscher der elektrochemischen additiven Fertigung (ECAM) zu.

Im Vergleich zum herkömmlichen 3D-Druck, der Metall schmilzt, erzeugt ECAM reines Kupfer Schicht für Schicht durch einen elektrochemischen Prozess. Die elektrochemische additive Fertigung ermöglicht die Herstellung feinen Details 30 Mikrometern und übertrifft die Wärmeleitfähigkeit herkömmlicher Aluminiumlegierungen bei weitem.

Die optimierten Kühlkörper bieten eine um 32 Prozent bessere Kühlleistung und reduzieren den für die Fluidzirkulation benötigten Energieaufwand um 68 Prozent.

Dieser Effizienzsprung verspricht erhebliche Energieeinsparungen für

Dieser Effizienzsprung verspricht erhebliche Energieeinsparungen für Rechenzentren im Vergleich zu aktuellen Luft- und Flüssigkühlungsstandards. „Mit unseren Kühlkörpern würden Rechenzentren nur noch 11 Megawatt für die Kühlung benötigen, statt 550 Megawatt", sagte Miljkovic. Mit dieser neuen Technologie kann die Kühlbarriere, die bisher die Entwicklung, überwunden werden.

Dieser skalierbare Workflow beschränkt sich nicht auf Server; er bietet ein vielseitiges Grundgerüst zur Lösung unterschiedlicher Kühlherausforderungen in einer breiten Palette. Die Studie wurde am 7. Mai im Fachjournal Cell Reports Physical Science veröffentlicht.