O CEO da Carbice, Baratunde Cola, já sonhou com a NFL, em vez de nanotubos de carbono, mas o destino tinha outros planos.

Jogador de futebol americano de sucesso no ensino médio em sua cidade natal, Pensacola, Flórida, Cola foi para a Vanderbilt University, no Tennessee, como estudante de graduação, determinado a garantir uma vaga no draft da NFL desempenhando um papel de destaque no time universitário, o Vanderbilt Commodores.

"Fui para a faculdade com uma bolsa parcial de engenharia com a ideia de conseguir uma bolsa de futebol americano", ele recorda. "Eu era um jogador muito bom, mas no dia antes de discutir uma bolsa com o treinador, rompi o ligamento cruzado anterior jogando basquete. Tive que entrar no escritório dele de muletas, e ele olhou para mim e disse: 'Não posso te dar nada'."

Ao contar essa história para a DCD, Cola está sendo modesto. Apesar de sofrer uma segunda lesão grave no mesmo joelho durante a virada, ele conseguiu recuperar a forma física e lutar para entrar no time, jogando pelos Commodores da Southeastern Conference como fullback titular e, eventualmente, conquistando aquela preciosa bolsa de estudos no futebol americano.

Mas, naquela época, ele já tinha decidido seguir um caminho diferente. Durante seu tempo na mesa de tratamento, ele canalizou seus esforços para a engenharia mecânica. Hoje, ele lidera a Carbice, uma empresa que comercializa um 'conector' à base de carbono que pode ser encaixado em sistemas de resfriamento de data center entre a placa fria e o hardware do servidor. Ao aproveitar a alta conectividade térmica do material, a Carbice acredita que pode ajudar os operadores de data centers a realizar grandes economias por meio de maior eficiência na refrigeração.

Grandes ideias para pequenas partículas

Como o nome sugere, nanotubos de carbono são tubos muito pequenos de moléculas de carbono, com um único tubo geralmente medindo 0,5-2 nanômetros (um nanômetro equivale a um bilionésimo de metro). Quando organizados em folhas, apresentam propriedades como grande resistência e, importante para os propósitos do Carbice, alta condutividade térmica.

Grande parte do trabalho sobre seu desenvolvimento ocorreu na década de 1990 e é creditada ao físico japonês Sumio Iijima, embora os tubos em si tenham sido descobertos muito antes. Cola tomou conhecimento da existência deles pela primeira vez enquanto se recuperava de sua lesão inicial no joelho. "Fui apresentado aos nanotubos por um professor da Vanderbilt e achei que eles seriam a próxima grande novidade", ele diz. "Esse professor se mudou para a Universidade Purdue em 1999, e eu disse a ele: 'Quero vir fazer meu doutorado com você e depois abrir um negócio'."

Em 2011, com o doutorado em mãos, Cola mudou-se para a Georgia Tech como professor e fundou a Carbice após receber uma bolsa de 20 milhões de dólares (107 milhões de reais) da DARPA. O laboratório do Departamento de Defesa dos EUA, famoso por financiar trabalhos iniciais em tecnologias fundamentais como Internet, GPS e veículos autônomos, havia criado um programa pesquisando possíveis usos de nanotubos de carbono, e Carbice foi um dos beneficiados. Mas o que tudo isso tem a ver com data centers?

"Os nanotubos de carbono são provavelmente um dos materiais mais pesquisados da história humana", diz Cola. "Acho que li uns 100.000 artigos científicos quando começamos a Carbice. A frustração tem sido encontrar uma aplicação útil. Acontece que o melhor caso de uso é uma interface em sistemas de resfriamento."

Por interface, Cola se refere ao ponto em que a parte mais quente do data center, o chip, entra em contato com a parte mais fria, a tecnologia de resfriamento. Na maioria dos sistemas, é normal depender de uma pasta térmica para conectar o processador à placa fria que o resfria, mas a Cola diz que isso tem vários problemas. "Você não consegue controlar bem a pasta durante a produção – em muitas fábricas, ela é aplicada por um homem que a espreme manualmente na placa fria – e quando é enviada, ela vibra e se move", ele diz. "Então, quando você recebe o data center, pode ver uma variação de 15 graus na temperatura na interface, dependendo de onde está a cola, e isso em um sistema em que todo o resto é controlado com precisão."

Isso tem implicações negativas, tanto para o desempenho dos componentes quanto para a quantidade de energia necessária para resfriá-los. “Isso não foi um grande problema em 2005, quando eu fazia meu doutorado, porque a potência do chip era baixa", diz Cola. "Você não via esses problemas com tanta frequência. Mas à medida que o poder dos chips aumentava, os problemas se tornaram visíveis, e as pessoas ainda tentavam se virar usando soluções antigas, algumas das quais nem sequer foram originalmente projetadas para essa aplicação."

A solução da Carbice, conhecida como Ice Pad, resolve esse problema tanto em nível térmico quanto mecânico, diz Cola. Ao colocar uma folha de nanotubos sobre o chip, onde estaria a pasta, ele diz que é muito mais fácil alcançar um desempenho de resfriamento previsível, resultando em um sistema mais eficiente e econômico.

"A forma como os nanotubos são feitos resolve o problema mecânico, pois as fibras são verticais e giram como pequenas molas, o que significa que podem esticar e comprimir", ele diz. "Então, se você tem um chip de IA que se move como um trampolim – ele pode ter curvatura de 100 a 300 micrômetros durante um ciclo normal de operação – você tem um material que pode se mover junto com ele."

Embora utilize uma tecnologia muito avançada, o produto Carbice é construído com algo que você pode encontrar na gaveta da cozinha, junto com filme plástico e papel vegetal. "A base é de papel-alumínio", explica Cola. "Depois cultivamos as fibras de carbono dos dois lados do papel-alumínio que ficam para cima. Cultivar as fibras a partir do alumínio as torna muito robustas e, por isso, conseguem lidar com qualquer tipo de flexão dinâmica do chip."

Poder de fabricação dos EUA

Trabalhar com ciência dos materiais é um processo notoriamente lento. Basta olhar para a falta de progresso na busca de usos para outro composto à base de carbono, o grafeno, que há muito tempo é apontado como um material milagroso, para perceber como é difícil levar esse tipo de produto ao mercado.

Em comparação, a Carbice parece ter dado passos significativos nos últimos 15 anos. A empresa levantou uma rodada de financiamento inicial de 1,5 milhão de dólares (8 milhões de reais) em 2017 e começou a enviar produtos para clientes, incluindo operadores de data centers, no ano seguinte. A empresa também vê o espaço como um grande mercado potencial, e os produtos Carbice já foram à Estação Espacial Internacional como parte da missão MISSE-10, que testou o desempenho de vários materiais no espaço.

Mais recentemente, entrou na tecnologia de consumo por meio de uma parceria com a CyberPowerPC, que permite a instalação do Ice Pad como uma opção premium em PCs gamers.

Em 2020, arrecadou 20 milhões de dólares em financiamento Série A, ajudando a empresa a construir uma unidade de fabricação de 6.450 m² na Geórgia. Isso permite que produza 30 milhões de interfaces por ano, cada uma grande o suficiente para cobrir uma única GPU.

Cola afirma que esse poder de fabricação é fundamental para a proposta da Carbice. "Você pode encontrar centenas de laboratórios ao redor do mundo dizendo que podem fabricar nanotubos de carbono", ele diz. "Mas ninguém jamais escalou a orientação vertical dos nanotubos de carbono como nós fizemos."

A instalação também permite que a empresa faça a caracterização de interfaces de chips para encontrar a solução ideal de resfriamento para um servidor específico, diz Cola. "Os clientes nos pagam para fazer a caracterização deles", ele diz. "Temos chips Nvidia e AMD em nosso laboratório, temos um servidor H200, temos mineradores de Bitcoin. Nós administramos a qualificação, e isso é uma parte fundamental da nossa propriedade intelectual."

Isso, presumivelmente, também é útil para a Carbice provar como sua tecnologia é superior às soluções testadas e comprovadas de gerenciamento térmico. Cola admite que há um elemento de "mudança comportamental" necessário para clientes que desejam adotar nanotubos de carbono, mas diz que operadores – e outros fornecedores – estão se tornando mais abertos a novas soluções.

"Cinco anos atrás, eu sempre dizia para a equipe: 'temos que ensinar o cliente'", diz Cola. "Agora tentamos mostrar a eles do que somos capazes. Estamos fazendo parcerias com grandes integradores de sistemas, e uma vez que você consegue mostrar aos clientes que empresas conservadoras e de baixa margem como essa se interessam pela nossa tecnologia, as coisas ficam mais fáceis.

"Temos relacionamentos diretos com os hiperescalas, mas os integradores de sistemas serão um canal importante para nós, porque se você quiser um grande pedido de um hiperescala, ele virá por meio deles dizendo ao seu SI para usar nossa tecnologia."

De fato, registrar clientes agora é fundamental para a Carbice, e Cola está otimista de que sua longa trajetória com nanotubos de carbono está pronta para dar frutos.

"Ninguém gosta de trabalhar com pasta térmica", ele diz. "O que estamos oferecendo não é um concorrente, é uma tecnologia de substituição. Temos essa convicção, e o segredo é contratar alguns grandes clientes que esperamos poder anunciar nos próximos meses. Já estamos em um ponto em que nossos custos são lucrativos, e agora é só uma questão de escala."

A maioria das empresas de materiais, conclui Cola, "fracassa quando vai ao mercado", mas ele diz: "Resfriamento é um ótimo mercado para nós porque é um problema com o qual todo mundo luta. Não vou viver para sempre, mas a Carbice é uma empresa de 100 anos, está sendo construída para esse propósito."

Essa matéria foi publicada pela primeira vez no Suplemento de Resfriamento DCD. Cadastre-se aqui para ler o suplemento completo gratuitamente.