نسل آینده سیستم‌های خنک‌کننده مصرف انرژی مراکز داده را پایین می‌آورند

هوش مصنوعی این روزها موضوع داغی است. داغ به‌معنای واقعی کلمه: مراکز داده سیستم‌های هوش مصنوعی دمای بسیار زیادی دارند و خنک‌سازی آن‌ها انرژی بسیار زیادی می‌طلبد.

با رشد و گسترش کامپیوترها و ابزارهای مبتنی بر هوش مصنوعی، این مشکل شدیدتر خواهد شد. به همین علت، «چان‌وو پارک» (Chanwoo Park)، استاد مهندسی مکانیک و هوافضای دانشگاه میزوری، درحال طراحی نسل آینده سیستم‌های خنک‌کاری است که وعده کاهش شدید مصرف انرژی مراکز داده را می‌دهد.

پارک عقیده دارد که خنک‌سازی و تولید چیپ دو مبحث جدانشدنی از یکدیگر هستند. بدون خنک‌کاری درست، اجزای سیستم کارایی نخواهند داشت. مراکز داده کم‌مصرف، کلید آینده هوش مصنوعی خواهند بود.

مراکز داده تأسیساتی پر از سرور و چیپ‌های کامپیوتری هستند که داده‌ها را پردازش و ذخیره می‌کنند. آن‌ها اساساً کانون‌های کامپیوتری بسیار بزرگی هستند که از سرورهای وب‌سایت‌ها، اپلیکیشن‌ها و سرویس‌های ابری میزبانی می‌کنند.

این مراکز تشنه برق هستند. در سال ۲۰۲۲، مراکز داده در آمریکا ۴ درصد از برق کل این کشور را مصرف می‌کردند که ۴۰ درصد از آن صرف سیستم‌های خنک‌سازی می‌شد. با افزایش تقاضا برای مراکز داده، پیش‌بینی می‌شود که این انرژی افزایش یابد. در‌حال‌حاضر، مراکز داده با فن‌های تهویه هوا یا جریان مایعاتی که گرما را از قفسه‌های کامپیوتر دور می‌کنند خنک می‌شوند.

وزارت انرژی آمریکا بیش از ۴۰ میلیون دلار جایزه برای پژوهشگرانی در نظر گرفته است که راه‌هایی جدید برای خنک‌سازی این مراکز پیدا کنند. این پروژه وزارت انرژی COOLERCHIPS نام دارد و پارک به‌تازگی حدود ۱.۶۵ میلیون دلار از آن دریافت کرده است.

نسل آینده سیستم‌های خنک‌کاری مراکز داده

پارک و تیمش درحال توسعه یک سیستم خنک‌کاری دو فازی هستند که گرما را به‌صورت کارآمد از طریق تغییر فاز پراکنده می‌کند؛ برای مثال، از طریق تبخیر یک مایع درون یک لایه نازک و متخلخل. این سیستم می‌تواند در زمان‌هایی که نیاز به خنک‌کاری کمتر است، به‌صورت منفعل و بدون مصرف انرژی کار کند. حتی در حالت فعال، که از یک پمپ استفاده می‌شود، مقدار اندکی انرژی صرف می‌شود.

پارک می‌گوید «مایع در جهات مختلف حرکت می‌کند و روی یک سطح فلزی نازک تبخیر می‌شود. با استفاده از این سطح جوشش می‌توانیم به یک انتقال گرمای بسیار کارآمد با مقاومت حرارتی پایین برسیم.»

همان‌طور که اشاره شد، این سیستم یک پمپ مکانیکی نیز دارد که وقتی نیاز به جذب گرما بالا است، فعال می‌شود.

آزمایش‌های اولیه این سیستم نشان می‌دهند که تکنیک‌های خنک‌سازی دو فازه مقدار انرژی مورد نیاز برای خنک‌نگه‌داشتن تجهیزات را به‌شدت کاهش می‌دهند. پارک و همکارانش نتایج خود را در ژورنال Applied Thermal Engineering منتشر کرده‌اند.

پژوهشگران درحال طراحی نوعی از سیستم‌های خنک‌سازی مراکز داده هستند که به‌سادگی به ردیف‌های کامپیوتر متصل یا از آن‌ها جدا می‌شوند. پارک امیدوار است که این سیستم‌ها در کمتر از یک دهه به فاز بهره‌برداری برسند. طبق گفته‌های او، این نوآوری هنوز محدودیت‌های چالش‌برانگیزی دارد که باید رفع شوند.