Embora a indústria de data center esteja atualmente focada no resfriamento líquido direto ao chip, a maior parte do mundo ainda é refrigerada a ar. Milhares e milhares de servidores permanecem equipados com ventiladores soprando ar frio e ar quente para longe das CPUs.

E embora as GPUs de última geração tenham chegado ao ponto em que o resfriamento a ar não é mais viável, o resfriamento a ar ainda é a norma para muitas cargas de trabalho de baixa densidade e continuará sendo assim nos próximos anos.

A startup espanhola YPlasma está procurando oferecer um substituto para ventiladores dentro de servidores que possam aumentar a eficiência e a confiabilidade do resfriamento a ar. A tecnologia usa essencialmente campos eletrostáticos para converter corrente elétrica em fluxo de ar.

Lançada em 2024, a empresa foi desmembrada do Instituto Nacional de Tecnologia Aeroespacial (INTA) - a agência espacial espanhola que faz parte do Ministério da Defesa e descrita pelo CEO da YPlasma, David Garcia, como a NASA da Espanha.

A tecnologia da empresa com sede em Madri usa soluções de plasma, que permitem o controle preciso do fluxo de ar iônico. Embora o interesse em soluções de plasma remonte aos dias da Guerra Fria, elas deixaram o laboratório pela primeira vez na década de 1990, sendo usadas para melhorar a aerodinâmica.

O produto da empresa é chamado de Descarga de Barreira Dielétrica (DBD) e é composto por duas tiras finas de eletrodo de cobre, com uma cercada por um material dialético como o Teflon. Os atuadores podem ter entre apenas 2-4 mm de espessura.

Quando você aplica alta tensão, o ar ao redor do atuador ioniza, criando plasma logo acima da superfície dielétrica. Isso pode produzir um fluxo de ar laminar controlável de partículas carregadas conhecido como vento iônico, que pode ser usado para soprar ar frio através da eletrônica.

A direção e a velocidade podem ser controladas alterando a tensão que passa pelos eletrodos. Garcia diz que o vento iônico do atuador pode atingir velocidades de até 40 km por hora, ou cerca de 10 metros por segundo.

A tecnologia da INTA foi originalmente desenvolvida para fins aerodinâmicos, com o YPlasma inicialmente voltado para turbinas eólicas. Os atuadores podem ser usados para empurrar o ar de maneira mais uniforme sobre as pás da turbina, produzindo mais energia.

No espaço de TI, a empresa está procurando usar seus produtos para forçar o ar através dos chips, eliminando a necessidade de ventiladores. Isso poderia economizar espaço e energia, oferecendo maior confiabilidade do que os sistemas baseados em ventiladores e remover vibrações, o que poderia aumentar a vida útil do hardware. A empresa diz que seus produtos DBD podem igualar ou exceder as capacidades de dissipação de calor de pequenos ventiladores.

Esse vento iônico, diz a empresa, também remove o ar da camada limite nos componentes eletrônicos, permitindo uma melhor dissipação de calor, resultando em convecção natural de calor combinada com a convecção forçada do fluxo de ar sobre os chips. O resfriamento, afirma, também pode ser mais uniforme, eliminando pontos críticos.

A YPlasma está atualmente trabalhando com a Intel e a Lenovo para analisar o uso de sua tecnologia de plasma em laptops e estações de trabalho, mas acha que também pode haver utilidade no espaço do servidor.

A Intel tem explorado o vento iônico no resfriamento de chips desde pelo menos 2022. Anteriormente em parceria com a Purdue University, em Indiana, a gigante dos chips registrou patentes para um dissipador de calor de resfriamento de plasma que usaria o fluxo de gás acionado por plasma para resfriar dispositivos eletrônicos

"Estávamos curiosos para saber se poderíamos fornecer capacidade de resfriamento para a indústria de semicondutores", diz Garcia. "Então, nos envolvemos com a Intel. A Intel vem fazendo pesquisas sobre resfriamento de plasma, ou vento iônico, há alguns anos, então estávamos falando a mesma língua e eles perguntaram se poderíamos desenvolver um atuador para aplicativos de laptop para resfriar uma CPU.

"Começamos a trabalhar com a Intel em agosto (2024) e desenvolvemos um protótipo final em janeiro", acrescenta. "Em maio ou junho, estaremos prontos para implementá-los em laptops reais".

Agora, a YPlasma está procurando um parceiro de projeto para começar a desenvolver e testar produtos baseados em servidor. Garcia tem conversado com potenciais colaboradores, mas ainda não conseguiu um parceiro de projeto.

"Temos explorado esse espaço e percebido que a cada semana somos capazes de reduzir uma demanda muito maior em aplicativos", continua ele. "Vimos que podemos obter níveis mais altos de dissipação de calor. E nosso objetivo é avaliar se essa tecnologia é capaz de ajudar na indústria de data centers. Talvez não nas aplicações mais exigentes em que o resfriamento líquido é necessário, mas há algumas aplicações intermediárias em que podemos substituir os ventiladores”.

Em uma palestra no OCP EMEA Summit em Dublin em abril, a YPlasma apresentou seus objetivos no espaço do data center, dizendo que tem colaborado com "uma das principais empresas da indústria de semicondutores" e que até agora "todas as expectativas foram superadas", com o sistema mostrando melhor desempenho do que um ventilador de resfriamento comum.

Nos primeiros testes, a empresa diz que seus produtos foram capazes de igualar ou exceder o desempenho de resfriamento de uma ventoinha de 80 mm sob uma carga de calor de 10 W. Os atuadores também podem funcionar abaixo de 0,05 W, exigindo menos energia do que um ventilador para operar. Um vídeo de teste no site da empresa mostra um chip sendo resfriado de 84° C até 49° C.

Bem como benefícios gerais de refrigeração. A YPlasma afirma que sua tecnologia vem com bônus adicionais para empresas de data center. A empresa diz que os revestimentos de plasma podem fornecer uma barreira contra corrosão e oxidação, protegendo os componentes da umidade e outros contaminantes ambientais em ambientes industriais ou de alta umidade, onde o equipamento está mais exposto a condições adversas.

O plasma, acrescenta, pode efetivamente remover contaminantes como poeira, óleos e resíduos orgânicos sem contato físico ou produtos químicos agressivos. Em implantações de Edge empoeiradas e sujas, como minas ou fábricas, os servidores podem se beneficiar de menos ventiladores e ar mais limpo passando pelos sistemas.

Além dos próprios servidores, a YPlasma acha que sua tecnologia pode ter aplicação no sistema HVAC. Ao ionizar o gás dentro dos trocadores de calor, você pode aumentar o coeficiente de transferência de calor.

O sistema também pode produzir calor em vez de ar frio, que pode ser usado como um tipo de anticongelante; Garcia diz que pode gerar calor de até 300° C.

E outro uso potencial, sugere a empresa, é criar água ativada por plasma, que pode ter um coeficiente de transferência de calor melhor do que a água comum em sistemas de refrigeração líquida. A pesquisa ainda está em andamento neste campo. No futuro, a empresa disse que será possível combinar atuadores com algoritmos de IA, possibilitando otimizar o controle do fluxo de ar em tempo real, adaptando-se automaticamente às mudanças nas condições.

Os investidores da YPlasma incluem SOSV/HAX e Esade Ban, que contribuíram para rodadas iniciais totalizando 1,1 milhão de euros (6,7 milhões de reais) em 2024. Outros investidores incluem o Collider da MWC e o Commercialisation Gateway da Agência Espacial Europeia.

Garcia foi anteriormente CEO da Quimera Energy Efficiency, empresa que utiliza software para reduzir a demanda de energia no setor de hospitalidade; e a empresa de realidade virtual imersiva Kiin. Ele diz que a empresa fechou recentemente outro aumento de 2,5 milhões de euros (15,6 milhões de reais).

Embora a Intel venha explorando o espaço há anos, não é a única empresa a ter analisado o resfriamento baseado em plasma para eletrônicos. A Apple registrou uma patente para um sistema de resfriamento de vento iônico em 2012, mas não está claro se a empresa levou a ideia adiante. A Tessera, uma empresa de embalagem de chips mais tarde renomeada e dividida em Xperi Inc. e Adeia, demonstrou o resfriamento do vento iônico para um laptop em 2008 ao lado da Universidade de Washington.

A YPlasma não é a única empresa que está olhando para o plasma para resfriamento hoje, e pode haver uma corrida para comercializar a tecnologia. A Ionic Wind Technologies, uma spin-out dos Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais (Empa), também está procurando desenvolver seu próprio amplificador de vento iônico que poderia ser usado para resfriamento de chips.

Um produto maior que o da YPlasma e desenvolvido como uma forma de secar frutas, a empresa afirma que seus eletrodos de ponta de agulha feitos sob medida atingem até o dobro da velocidade do fluxo de ar em comparação com os eletrodos convencionais e usam menos energia. O programa de financiamento de spin-offs Venture Kick e a Gebert Rüf Stiftung estão fornecendo apoio financeiro ao spin-off da Empa como parte do programa InnoBooster para levar o produto à maturidade do mercado.

"Nós mesmos produzimos os amplificadores de fluxo de ar e queremos vender componentes no futuro. No entanto, como temos patentes e outras ideias, um modelo de licenciamento também pode ser concebível", disse o fundador da Ionic Wind, Donato Rubinetti, no anúncio de lançamento da empresa no início de 2025. "Vejo o potencial onde quer que o ar precise ser movido com uma pequena diferença de pressão. No futuro, porém, sobretudo no resfriamento de computadores, servidores ou data centers."

Enquanto isso, Garcia, da YPlasma, diz que, uma vez que a empresa encontre um parceiro centrado no servidor para colaborar, ela poderá ter um protótipo funcional em um aplicativo específico dentro de seis meses.

"Só precisamos entender quais são os requisitos que queremos alcançar", diz ele. "É fácil de construir; temos muita experiência testando isso".

Embora possa ser benéfico em alguns cenários, a empresa admite que sua tecnologia não será aplicável a todos os chips em um data center. Não pretende, por exemplo, competir com as densidades que o resfriamento líquido foi projetado para resfriar, mas pode ajudar a remover ventiladores em algumas aplicações refrigeradas a ar.

"Nunca teremos a capacidade de remover tanto calor quanto o resfriamento líquido ou por imersão", diz Garcia, "mas acho que há muito calor que podemos remover sem essas tecnologias".