Anatomia humana sugere uma maneira promissora de resfriar chips – eles só precisam de um “sistema circulatório”

Os aceleradores de IA aumentaram rapidamente a saída térmica do chip para 500 W e mais, criando desafios adicionais para a arquitetura e o gerenciamento térmico das plataformas de computação. Radiadores clássicos com aletas e radiadores com canais retos para bombear o líquido de arrefecimento não são mais capazes de lidar com a tarefa de dissipação de calor. São necessárias soluções inovadoras que, curiosamente, podem ser encontradas na natureza viva e até mesmo no corpo humano.

Fonte da imagem: AI generation Grok 3/avalanche noticias

Nos últimos anos, a indústria vem experimentando o resfriamento por microcanais integrado diretamente ao silício e descobriu que ele era promissor, mas problemático. Ao bombear o líquido de arrefecimento através de microcanais próximos ao cristal de trabalho, é possível realmente melhorar a eficiência da remoção de calor. Essa abordagem também elimina a necessidade de elementos de transição entre o chip e o sistema de resfriamento, reduzindo a resistência térmica e aumentando a taxa de dissipação de calor. No entanto, experimentos mostraram que os problemas com quedas de pressão no sistema de distribuição de refrigerante persistem, o que leva ao surgimento de pontos quentes e zonas com picos bruscos de temperatura.

Uma equipe de cientistas de diversas empresas, incluindo a Microsoft, explorou a possibilidade de criar microcanais em silício que imitam a estrutura hierárquica dos vasos sanguíneos humanos. Como se sabe, o sistema circulatório não só nutre o corpo, mas também participa da termorregulação. Experimentos mostraram que uma abordagem semelhante aplicada ao resfriamento de chips de silício produz excelentes resultados.

Além disso, os chips de silício podem ser projetados desde o início com uma estrutura única de “artérias, veias, vasos e capilares”, o que permitirá um resfriamento mais eficiente de áreas com alta geração de calor e não sobrecarregará áreas menos carregadas com o sistema de resfriamento. Isso ajudará a equilibrar a dissipação de calor e melhorar a confiabilidade dos processadores.

Cientistas provaram que simular o sistema circulatório em chips de silício reduz a temperatura nos pontos mais quentes do processador em 18 °C e também reduz a pressão no sistema de resfriamento em mais de 67%, o que reduz a carga nas bombas e aumenta a vida útil do sistema. Além disso, foi registrada uma redução de três vezes na distribuição de temperatura entre os núcleos do processador em comparação aos métodos tradicionais de resfriamento.

Com base nos dados obtidos, os pesquisadores concluíram que a tecnologia clássica de fabricação de chips CMOS permite maior poder de computação, mantendo o superaquecimento dentro de limites aceitáveis.