Intel no es una empresa de refrigeración y no quiere serlo. Pero la compañía se ve obligada a ir en esa dirección por el rápido aumento de los puntos de diseño térmico de sus procesadores.
La empresa de chips está cada vez más preocupada de que los chips del mañana sobrecarguen los centros de datos del mañana y está investigando cómo puede ayudar.
"Queremos estar preparados: a medida que la potencia del procesador sigue aumentando, los desafíos de refrigeración crecen exponencialmente", explicó el ingeniero principal del grupo de plataformas de supercomputación Intel, Tejas Shah. En respuesta, Intel está intentando cambiar radicalmente la refrigeración de los centros de datos.
Las crecientes densidades de energía han llevado a los desarrolladores a utilizar la refrigeración por inmersión, y algunos están considerando la inmersión en dos fases, donde los fluidos en ebullición eliminan aún más calor. Shah está liderando un esfuerzo para estos sistemas con disipadores de calor en forma de coral de resistencia térmica ultrabaja integrados con una cavidad de cámara de vapor 3D.
El proyecto fue uno de los 15 elegidos por COOLERCHIPS, un programa para cambiar drásticamente la forma en que se enfrían los centros de datos, dirigido por la ARPA-E (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía) de EE.UU.
Pero antes de entrar en la tecnología, hablemos del elefante en la habitación: los fluidos de inmersión de dos fases han resultado controvertidos: "No estamos desarrollando el fluido, usaremos fluidos estándar de la industria", dijo Shah.
"Somos muy conscientes del problema con todos los PFAS y las regulaciones que los rodean", admitió, haciendo referencia a los 'químicos permanentes' tóxicos utilizados por la mayoría de las soluciones de dos fases. "Básicamente, 3M está saliendo del negocio de la inmersión en dos fases; estamos trabajando con algunos de los proveedores de fluidos".
El otro problema es el potencial de calentamiento global (GWP) de muchos de los fluidos, que podría superar cualquier ahorro de eficiencia energética que pueda aportar la inmersión. "Sacar las PFAS es el mayor desafío, pero estamos bastante seguros de que podemos cumplir los requisitos de GWP", afirmó Shah.
Volviendo a la tecnología, la empresa está construyendo disipadores de calor con forma de coral mediante fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D.
"Básicamente, se trata de optimizar el diseño para que siga una función matemática específica", dijo Shah. "Así que se trata de optimización de topología: es un procedimiento matemático iterativo para optimizar una determinada función de coste, sea cual sea. En este caso, se trata de reducir la resistencia térmica y garantizar que lleguemos a los puntos críticos correctos".
Los disipadores de calor están acoplados con cavidades de cámara de vapor 3D: bolsas metálicas planas y selladas llenas de líquido, para distribuir la capacidad de ebullición del sistema de dos fases.
"La forma del coral aumenta la superficie, pero también queremos reducir la resistencia a la propagación, por eso hay una cámara de vapor integrada dentro de la estructura 3D", dijo Shah.
Cuando la corriente fluye a través de un material semiconductor, encuentra una "resistencia de expansión" donde los electrones se extienden por un área más amplia de lo previsto inicialmente. Bajar la temperatura de un chip ayuda a reducir la dispersión y, por tanto, la resistencia.
El nuevo enfoque también utiliza un recubrimiento mejorado que mejora la ebullición al promover la nucleación. "Básicamente, ayuda con la ebullición que ocurre en la superficie", dijo Shah.
Con los tres enfoques combinados, la empresa puede enfriar procesadores hasta un punto de diseño térmico de 2 kW. Esto va más allá de lo que hay en el mercado hoy en día, o que probablemente salga en los próximos años, aunque el Superchip Grace Hopper de Nvidia tiene un TDP de 450 W a 1 kW al combinar una CPU y una GPU.
El sistema de inmersión puede admitir "al menos ocho procesadores" que consuman 2 kW cada uno, dijo Shah. Aumentar el número en un rack se convierte más en una limitación de energía que térmica, dijo.
Si bien las pruebas han resultado prometedoras, superar todos los problemas no es una conclusión inevitable, especialmente si el sector de inmersión no puede superar el problema de las PFAS (el proveedor ZutaCore dice que eliminará las PFAS en 2026, pero aún no ha proporcionado detalles específicos, mientras que su rival LiquidCool está diversificando a inmersión monofásica).
"No es nada fácil, es un gran desafío", dijo Shah sobre el proyecto y otros esfuerzos de Intel. "Pero el objetivo es reducir la resistencia térmica y apuntar a la próxima generación de procesadores con la mejor solución térmica que existe".
Sin embargo, si funciona, Intel podría encontrarse en la interesante posición de ser un proveedor de refrigeración. "Lo que podríamos terminar haciendo es un gran poder, pero podríamos incluso vender la solución térmica con el procesador inicialmente", dijo Shah.
"Eso construirá el ecosistema y luego la próxima generación podría alcanzar a nuestros procesadores".