Les grandes entreprises technologiques ont un important problème de refroidissement. Les centres de données exigent d’énormes quantités d’énergie pour maintenir leurs puces — les semi-conducteurs qui traitent, stockent et transmettent les données — hors de la surchauffe. Alors que ces installations se multiplient à travers les États‑Unis, le réseau électrique ressent la pression, mais une technologie innovante pourrait aider à atténuer cette tension.
Le refroidissement direct sur puce, qui fait circuler le liquide de refroidissement à travers des « plaques froides » montées directement sur les processeurs, émerge comme une méthode de refroidissement leader grâce à son efficacité — un avantage de plus en plus crucial à mesure que les puces gagnent en puissance. Désormais, une équipe de chercheurs a trouvé un moyen de rendre les plaques froides encore plus efficaces. Ils ont publié leurs résultats aujourd’hui dans la revue Cell Reports Physical Science.
« La principale différence ici, c’est que nous utilisons une nouvelle technologie de fabrication appelée ECAM — fabrication additive électrochimique », a déclaré le coauteur de l’étude, Nenad Miljkovic, professeur et directeur du Centre de climatisation et de réfrigération à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, à Gizmodo.
Avec cette méthode, Miljkovic et ses collègues ont créé des plaques froides en cuivre conçues de manière optimale pour offrir jusqu’à 32 % de refroidissement en mieux que les plaques froides conventionnelles. Ils ont également réduit la chute de pression de 68 %, facilitant l’écoulement du liquide de refroidissement à travers la plaque. Déployer ces plaques dans l’ensemble d’un centre de données conduirait à des économies d’énergie significatives par rapport au refroidissement par air et aux systèmes de refroidement liquide disponibles sur le marché, selon les chercheurs.
Impression 3D d’une plaque froide plus performante
L’efficacité exceptionnelle de ces plaques froides en cuivre provient de leur conception des ailettes. L’intérieur de la plupart des plaques froides est tapissé d’ailettes métalliques serrées qui s’étendent dans le fluide de refroidissement afin de maximiser la surface en contact avec celui‑ci.
Miljkovic et ses collègues ont collaboré avec Fabric8Labs, l’entreprise basée à San Diego qui a développé la technologie ECAM propriétaire, afin de produire des plaques froides en cuivre avec une conception d’ailettes optimisée. Ce procédé de fabrication ressemble essentiellement à une impression 3D d’un métal à très haute résolution — il utilise le placage électrochimique pour construire de minuscules structures en cuivre couche par couche au lieu de fondre et de fusionner le métal.
« Nous pouvons fabriquer ces structures tridimensionnelles optimisées que vous ne pourriez pas réaliser en utilisant les procédés de fabrication classiques », a expliqué Miljkovic.
Pour créer la conception des ailettes, son équipe a commencé par une forme rectangulaire simple, puis a utilisé une technique appelée optimisation topologique pour déterminer la meilleure forme afin de maximiser le pouvoir de refroidissement et réduire la perte de charge. Cette technique utilise un algorithme mathématique pour modifier progressivement la forme de l’ailette et estimer l’efficacité de chaque itération.
« Après 1 000 itérations, cela donne une structure vraiment belle, en forme d’arbre, optimisée pour le flux de chaleur », a déclaré Miljkovic.
Selon les chercheurs, un centre de données disposant d’une puissance de calcul d’1 gigawatt consomme environ 500 mégawatts d’électricité pour faire fonctionner un système de refroidissement par air. Cela signifie qu’il consomme en réalité 1,55 GW au total, mais qu’1 GW est utilisé pour le traitement des données. Avec ces plaques froides optimisées, un centre de données d’1 GW n’aurait besoin que de 11 MW pour le refroidissement, affirment-ils.
Le prochain test : des serveurs réels
Alors que les tests de leur prototype ont donné des résultats prometteurs, Miljkovic a déclaré que l’étape suivante consiste à démontrer l’efficacité des plaques froides sur de véritables puces. Il espère collaborer avec des entreprises qui fournissent des services de cloud à grande échelle pour voir comment ce design fonctionne sur des serveurs hyperscalaires réels.
À mesure que ces entreprises poursuivent le développement de leur puissance de calcul, trouver des moyens de réduire la consommation d’énergie sera crucial. Les centres de données gourmands en énergie exercent déjà une pression significative sur le réseau, et d’ici 2028, certaines projections montrent que leur demande en énergie pourrait doubler, voire tripler.
Le déploiement à grande échelle de ce design de plaque froide optimisée ne résoudra pas seul la crise du réseau, mais il pourrait ouvrir la voie à un avenir plus durable pour les géants de la tech. L’IA ne va pas s’éteindre de si tôt, il est donc crucial d’adapter les centres de données pour qu’ils fonctionnent dans les limites du réseau.
