به گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، این جهش در مهندسی حرارتی راهکاری امیدوارکننده برای مدیریت گرما در مراکز داده پرمصرفی ارائه میدهد که بهسرعت در چین و ایالات متحده در حال گسترشاند.
با بهرهگیری از رفتار منحصربهفرد تیوسیانات آمونیوم در آب تحت فشار، این تیم یک سامانه خنککننده مایع طراحی کرد که شبیه فشردن یک «اسفنج خیس» عمل میکند و با آزاد شدن فشار، حلشدن سریع مجدد نمک آغاز میشود و تقریباً بهطور آنی مقدار عظیمی گرما را جذب میکند.
در آزمایشها، یک محلول اشباعشده در دمای اتاق طی چند ثانیه ۳۰ درجه سانتیگراد (۵۴ درجه فارنهایت) خنک شد، و در محیطهای گرمتر این کاهش دما از ۵۰ درجه فراتر رفت.
این چرخه خنکسازی فوقسریع و با ظرفیت بالا میتواند نحوه مدیریت گرما در زیرساختهای هوش مصنوعی را متحول کند.
با بازده نظری نزدیک به ۸۰ درصد — بسیار بالاتر از سامانههای تبرید متعارف — و بدون وابستگی به گازهای فلوروکربنی مضر، این فناوری نهتنها عملکردی چشمگیر بلکه مسیری سازگارتر با محیطزیست برای مراکز دادهای که انقلاب هوش مصنوعی را پشتیبانی میکنند، نوید میدهد.
با تبدیل شدن توان محاسباتی به زیرساختی حیاتی در رقابت هوش مصنوعی میان آمریکا و چین، رشد سریع آن با افزایش شدید مصرف انرژی و نیاز به خنکسازی همراه بوده است. در سال ۲۰۲۴، مصرف برق تجاری ایالات متحده ۱۱ درصد افزایش یافت که این رشد عمدتاً به افزایش ۹۰ درصدی سالانه مراکز داده نسبت داده شد.
در حالی که چین در حال حاضر دو برابر ایالات متحده ظرفیت تولید برق دارد، همزمان در حال توسعه فناوریهای جدید برای ساخت مراکز داده با بهرهوری انرژی بالاتر نیز هست.
در سال ۲۰۱۹، محققین چینی کشف کردند که برخی مواد جامد موسوم به «بلورهای پلاستیکی» میتوانند در واکنش به تغییرات فشار گرما را جذب یا آزاد کنند. در این پژوهش جدید، آنها این پدیده را به محلولهای مایع گسترش دادند و آن را «اثر باروکالریک در حلشدن» نامگذاری کردند.
هنگام مطالعه نوعی نمک به نام تیوسیانات آمونیوم، تیم مشاهده کرد که حل شدن آن در آب مقدار قابلتوجهی گرما جذب میکند. این مشاهده به پژوهشهایی منجر شد که نشان داد این محلول تحت فشار اثر حرارتی قابلتوجهی از خود نشان میدهد.
«اثر باروکالریک» سنتی مانند فشردن یک اسفنج خشک است: فشردهسازی با سفت شدن ساختار گرما تولید میکند و آزادسازی فشار با انبساط آن باعث خنک شدن میشود. با این حال، این روش ظرفیت خنکسازی محدودی دارد و مواد جامد گرما را به کندی منتقل میکنند.
در مقابل، اثر باروکالریک در حلشدن مانند فشردن یک اسفنج خیسِ آغشته به آبنمک است. اعمال فشار باعث رسوب نمک و آزاد شدن گرما میشود. آزاد کردن فشار به نمک اجازه میدهد بهسرعت دوباره حل شود و مقدار زیادی گرما را از محیط اطراف جذب کند.
در دمای اتاق، یک محلول اشباع تیوسیانات آمونیوم میتواند ظرف ۲۰ ثانیه پس از آزادسازی فشار، ۳۰ درجه خنک شود. در دماهای محیطی بالاتر، افت دما میتواند از ۵۰ درجه فراتر رود، که نشاندهنده کارایی خنککنندگی استثنایی فراتر از مواد موجود است.
بر پایه این پدیده، تیم یک چرخه خنکسازی چهارمرحلهای طراحی کرد: افزایش فشار محلول برای گرم کردن آن، دفع آن گرما به محیط از طریق جریان، کاهش فشار برای ایجاد خنکسازی شدید، و در نهایت پمپاژ محلول سرد برای جذب گرما از تجهیزات.
در یک چرخه واحد، هر گرم از سیال کاری میتواند تا ۶۷ ژول گرما جذب کند، با بازده نظری تا ۷۷ درصد. این رقم در مقایسه با بازده معمول ۵۰ درصدی کمپرسورهای یخچالهای خانگی استاندارد عملکرد بهتری نشان میدهد.
سامانههای خنککننده در حال حاضر نزدیک به ۴۰ درصد از مصرف کل برق یک مرکز داده را تشکیل میدهند. این یافته میتواند راهکاری کارآمدتر برای خنکسازی این تأسیسات پرمصرف انرژی فراهم کند.
فراتر از بازده بالاتر و مصرف انرژی کمتر، این سیال ذاتاً امکان انتقال کارآمد گرما از طریق جریان را فراهم میکند. در مقایسه با تبرید فشردهسازی گازی رایج، این روش نیاز به مبردهای فلوروکربنی مضر با پتانسیل گرمایش جهانی بالا را حذف میکند و اثرات زیستمحیطی را بهطور قابلتوجهی کاهش میدهد.
این پژوهش مسیر جدیدی برای فناوریهای خنکسازی در مراکز داده نسل بعد و تراشههای محاسباتی با کارایی بالا ارائه کرده است.
منبع: scmp
