Microsoft испытала охлаждение чипов через микроканалы в кремнии, вдохновлённое крыльями бабочек

Корпорация IBM уже давно продвигает идею внедрения микрогидродинамических систем для охлаждения полупроводниковых компонентов, но Microsoft не хочет от неё отставать, проводя соответствующие эксперименты в своей инфраструктуре. Их результаты уже доказали, что прямое жидкостное охлаждение микросхем позволяет повысить эффективность их работы в современных условиях.

Обзор смартфона HUAWEI Pura 80 Pro: разумный флагман с мощнейшей камерой

Компьютер месяца — сентябрь 2025 года

Шестиядерники за 10 тысяч рублей — сравнение и тесты

В чем уникальность зум-камеры HUAWEI Pura 80 Ultra?

Ноутбуки HONOR MagicBook: технологии, дизайн и производительность для любых задач

Обзор видеокарты Acer Nitro Intel Arc B580 OC

Обзор ноутбука HONOR MagicBook Pro 16 HUNTER 2025. Для игр? Для работы? Для игр и работы!

Обзор планшета HUAWEI MatePad 11,5» (2025): апгрейд без бликов

Как отмечается в пресс-релизе Microsoft, компания уже испытывает жидкостное охлаждение через микроканалы, выгравированные прямо на кристалле процессоров, используемых в инфраструктуре для обслуживания облачных сервисов Office, а также в графических процессорах, применяемых для работы с системами искусственного интеллекта. Такой подход позволяет улучшить условия теплоотвода в три раза по сравнению с классическими металлическими теплораспределителями, применяемыми повсеместно.

Авторы исследования использовали искусственный интеллект для определения теплового следа конкретных чипов, чтобы выявить наиболее горячие области кристалла, требующие более интенсивного охлаждения. В этой части разработчики черпали вдохновение у природы, создавшей кровеносные системы животных и человека. Считается, что такие способы охлаждения откроют новые возможности для использования ИИ-чипов следующего поколения. Проблема современных подходов к охлаждению заключается в относительно высоких потерях из-за большого количества звеньев в цепи теплопередачи.

В случае с GPU внедрение микрогидродинамического способа охлаждения позволяет сократить максимальное повышение температуры кристалла на 65 %, хотя эффективность может сильно варьироваться в зависимости от типа полупроводниковых компонентов. Крохотные каналы вытравливаются в процессе литографической обработки на задней поверхности кристалла, позволяя подавать охлаждающую жидкость непосредственно к нему и более эффективно отводить тепло. Глубина микроканалов должна быть достаточной для обеспечения хорошей циркуляции жидкости без их засорения микрочастицами, но при этом важно сохранить прочность самого кристалла, который не должен стать слишком хрупким. Только за прошедший год разработчики четыре раза меняли дизайн микроканалов, добиваясь максимальной эффективности.

Отдельную трудность представляли подбор этапов техпроцесса изготовления чипов, отвечающих за травление микроканалов на поверхности кремниевой пластины, выбор химикатов для травления и оптимального состава охлаждающей жидкости, а также разработка герметичной упаковки для всего чипа. Чтобы перенять лучшее у природы, Microsoft сотрудничала со швейцарским стартапом Corintis, в результате чего система микроканалов по своей структуре стала больше походить на биологическую. Утверждается, что она напоминает кровеносные сосуды в крыле бабочки.

Отмечается, что прямой контакт охлаждающей жидкости с полупроводниковыми компонентами позволяет поддерживать довольно высокую её температуру — до 70 градусов Цельсия, при этом сохраняется высокая эффективность охлаждения. Пристальное изучение результатов эксперимента показало, что такой подход заметно превосходит традиционные решения. Кроме того, он позволяет компоновать чипы друг над другом без риска перегрева — если каждый ярус будет охлаждаться жидкостью. В серверных системах чипы с трёхмерной многоярусной компоновкой особенно востребованы, поскольку позволяют сократить задержки при обмене информацией между вычислительными блоками и памятью. Ранее такую компоновку было сложно реализовать из-за проблем с отводом тепла.

Не исключено, что эти наработки Microsoft использует для создания новой высокопроизводительной памяти. Представители компании пока неохотно делятся деталями профильных разработок, но не скрывают своей заинтересованности: «Память — это не то, что можно игнорировать».

В компании пояснили, что описанный подход к охлаждению открывает новые возможности для создания 3D-чипов со сложной многоуровневой компоновкой. При вертикальном штабелировании чипов система микроканалов каждого яруса будет соединяться с соседними при помощи вертикальных каналов — как многоуровневая парковка. Это обеспечит эффективное охлаждение каждого яруса, тогда как сейчас в многоуровневых чипах тепло просто передаётся от нижних кристаллов к верхним, на которых установлен кулер.

Масштабы бизнеса Microsoft в сфере облачных вычислений заставляют компанию искать любые возможности для оптимизации, включая и снижение энергопотребления. Жидкостное охлаждение чипов методом прямого контакта через сеть микроканалов также открывает новые возможности по управлению вычислительными мощностями в периоды пиковых нагрузок. Например, в той же среде Teams в течение суток имеются примерно час или полтора времени, которые характеризуются максимальной нагрузкой — просто основная часть видеоконференций проходит в определённые часы. Вместо того, чтобы содержать под эти нужды резервные серверные мощности, Microsoft могла бы краткосрочно повышать частоту работы процессоров в уже имеющихся, как бы «разгоняя» их для достижения необходимого быстродействия. С жидкостным охлаждением делать это было бы безопаснее и проще.

Корпоративный вице-президент и технический директор подразделения Cloud Operations and Innovations корпорации Microsoft — Джуди Прист (Judy Priest), заявила следующее: «Микрогидродинамика позволит создавать более плотные с точки зрения энергии дизайны, которые дадут клиентам больше возможностей, которые для них важны, а также обеспечат более высокое быстродействие в меньшем пространстве».

Директор системных технологий данного подразделения Microsoft Нусам Алисса (Husam Alissa) добавил: «При разработке технологий типа микрогидродинамики важно системное мышление. Вы должны понимать, как взаимодействуют системы в кремнии, через охлаждающую жидкость, в серверном сегменте и ЦОД, чтобы получить максимальную отдачу».

Уместно напомнить, что подобные разработки ведут не только IBM и Microsoft, но и компания Intel. Правда, последняя пока предлагает не гравировать сами кристаллы, а превратить в водоблок саму крышку процессора. По словам компании, это позволит эффективно охлаждать процессоры, выделяющие по 1000 Вт.

Microsoft разрабатывает и новые виды оптоволокна в пустотелом исполнении. Вместо стеклянного сердечника в таком оптоволокне находится воздух, позволяющий передавать сигнал быстрее. Сотрудничество на этом направлении ведётся с компаниями Corning и Heraeus Covantics, которые могли бы наладить выпуск такого оптоволокна.