Một công nghệ làm mát mới có thể thay đổi cách quản lý nhiệt trong các thiết bị điện tử, từ các chất bán dẫn nhỏ đến các trung tâm dữ liệu khổng lồ.
Sơ đồ ba thành phần thiết yếu trong quản lý nhiệt của thiết bị điện và khoảng cách lớn giữa giới hạn lý thuyết và TIM hiện tại đã phát triển. Tín dụng: Nature Nanotechnology (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01793-0
Một nhóm do các nhà khoa học và kỹ sư tại Đại học Texas ở Austin dẫn đầu đã tạo ra một "vật liệu giao diện nhiệt" mới có thể loại bỏ nhiệt hữu cơ khỏi các thiết bị điện tử công suất cao, giảm hoặc thậm chí loại bỏ nhu cầu làm mát rộng rãi. Vật liệu mới, được làm từ hỗn hợp kim loại lỏng và nhôm nitride, dẫn nhiệt tốt hơn nhiều so với các vật liệu thương mại hiện tại, khiến nó trở nên tối ưu để làm mát.
Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology .
"Mức tiêu thụ điện năng của cơ sở hạ tầng làm mát cho các trung tâm dữ liệu tiêu tốn nhiều năng lượng và các hệ thống điện tử lớn khác đang tăng vọt", Guihua Yu, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Cơ khí Walker thuộc Trường Kỹ thuật Cockrell và Viện Vật liệu Texas cho biết. "Xu hướng đó sẽ không sớm biến mất, vì vậy, điều quan trọng là phải phát triển những cách mới, như vật liệu mà chúng tôi đã tạo ra, để làm mát hiệu quả và bền vững cho các thiết bị hoạt động ở mức kilowatt và thậm chí là công suất cao hơn".
Làm mát chiếm khoảng 40% mức sử dụng năng lượng của trung tâm dữ liệu, hoặc 8 terawatt-giờ mỗi năm. Các nhà nghiên cứu ước tính công nghệ của họ có thể cắt giảm 13% nhu cầu làm mát đó—hoặc 5% mức sử dụng năng lượng chung của trung tâm dữ liệu—một khoản tiết kiệm đáng kể nếu được áp dụng trên toàn ngành. Khả năng tản nhiệt cũng cho phép tăng trưởng đáng kể về công suất xử lý.
Phát hiện mới này là một phần trong nỗ lực lớn hơn nhằm hiện thực hóa tiềm năng của vật liệu giao diện nhiệt. Các vật liệu này được thiết kế để tản nhiệt do các thiết bị điện tử tạo ra, giúp giảm nhu cầu làm mát các thiết bị đó.
Tuy nhiên, vẫn tồn tại một khoảng cách giữa khả năng làm mát lý thuyết mà những vật liệu này có thể đạt được và khả năng chúng đạt được trong các thử nghiệm thực tế.
Các vật liệu mới trong dự án này có thể thu hẹp khoảng cách đó. Vật liệu này có thể loại bỏ 2.760 watt nhiệt từ một diện tích nhỏ 16 cm vuông. Nó có thể cắt giảm 65% năng lượng cần thiết cho máy bơm làm mát, một phần quan trọng của toàn bộ hệ thống làm mát điện tử.
"Bước đột phá này đưa chúng ta đến gần hơn với việc đạt được hiệu suất lý tưởng theo lý thuyết dự đoán, cho phép giải pháp làm mát bền vững hơn cho các thiết bị điện tử công suất cao", Kai Wu, tác giả chính trong phòng thí nghiệm của Yu, cho biết. "Vật liệu của chúng tôi có thể cho phép làm mát bền vững trong các ứng dụng tiêu tốn nhiều năng lượng, từ trung tâm dữ liệu đến hàng không vũ trụ, mở đường cho các công nghệ hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn".
Sự phát triển bùng nổ của trí tuệ nhân tạo, cùng với sự phát triển liên tục của công nghệ, dự kiến sẽ thúc đẩy nhu cầu về trung tâm dữ liệu tăng đáng kể. Điều đó có nghĩa là cần nhiều năng lượng hơn để cung cấp năng lượng và làm mát các trung tâm này.
Đầu năm nay, Goldman Sachs ước tính nhu cầu điện năng của trung tâm dữ liệu sẽ tăng 160% vào năm 2030. Theo ước tính, riêng AI sẽ làm tăng mức tiêu thụ điện năng của trung tâm dữ liệu thêm 200 terawatt-giờ mỗi năm trong giai đoạn 2023-2030.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra vật liệu làm mát mới bằng một quy trình đặc biệt gọi là cơ học hóa học. Quy trình này giúp kim loại lỏng và nhôm nitride trộn lẫn theo cách rất có kiểm soát để tạo ra các giao diện gradient, giúp nhiệt dễ dàng di chuyển qua chúng hơn.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm vật liệu của họ trên các thiết bị quy mô phòng thí nghiệm nhỏ. Nhóm nghiên cứu đang trong quá trình mở rộng quy mô tổng hợp vật liệu và chuẩn bị mẫu để thử nghiệm với các đối tác tại các trung tâm dữ liệu.
Nhóm nghiên cứu bao gồm Chuxen Lei thuộc chương trình Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu của UT và các cộng tác viên Zhengli Dou, Shibo Deng, Die Wu, Bin Zhang, Runlai Li, Yongzheng Zhang và Quiang Fu thuộc Đại học Tứ Xuyên, và Haobo Yang thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
