Немецкие исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) в сотрудничестве с японскими коллегами из Университета Цукубы (University of Tsukuba) разработали прототип твердотельной системы охлаждения для дата-центров, которая способна функционировать без электричества. Предполагается, что предложенная технология в перспективе поможет существенно снизить энергозатраты ЦОД.
Твердотельные кулеры используют термоэлектрические материалы, которые при подаче энергии могут создавать разницу температур. Такие изделия отличаются небольшими размерами, однако по эффективности они серьезно уступают традиционным воздушным и жидкостным решениям.
В новой работе исследователи задействовали метод эластокалорического охлаждения, основанный на использовании полупроводниковых материалов с эффектом памяти формы. Принцип действия таких систем сводится к тому, что при механической нагрузке кристаллическая структура материала меняется и он нагревается, а при снятии нагрузки — возвращается в исходное состояние и охлаждается.
Как и другие виды твердотельного охлаждения, эластокалорические системы традиционно требовали электричества для изменения свойств применяемых сплавов — например, с помощью специальных актуаторов. Команде специалистов из Германии и Японии удалось обойти это ограничение, используя вместо активных компонентов тепло, выделяемое самими охлаждаемыми объектами (компьютерными чипами).
Источник изображения: KIT/Ella Maru Studio
Новая конструкция выполнена на основе двух сверхтонких плёнок из никель-титанового сплава с эффектом памяти формы. Одна из них при нагреве сжимается, преобразуя тепловую энергию в механическую работу. Вторая плёнка под воздействием циклической нагрузки охлаждается благодаря обратимым изменениям в кристаллической структуре. Таким образом, тепло от серверов само инициирует процесс охлаждения — без необходимости дополнительных энергозатрат. По сути, специалисты продемонстрировали концепцию охлаждения без использования электричества.
«Ключевое нововведение заключается в том, что мы объединяем две взаимодополняющие функции сплавов с эффектом памяти формы: одна плёнка преобразует тепло в механическую работу, а другая — эту работу в холод», — объясняет доктор Цзинъюань Сюй (Jingyuan Xu), руководитель группы исследователей лаборатории ZEco Thermal Lab Института микроструктурных технологий KIT.
Правда, эффективность предложенного решения невысока. При температуре на первой из двух плёнок в 86 °C прототип обеспечил перепад температур в 4 °C на уровне компонентов. Для сравнения, традиционные системы воздушного и жидкостного охлаждения способны понижать температуру на 10–20 °C. В дальнейшем разработчики рассчитывают улучшить свою технологию, создав компактные изделия, которые смогут найти практическое применение в дата-центрах. На системы охлаждения в ЦОД может приходиться до 40 % от общих энергозатрат. Поэтому внедрение решения, которому не требуется электричество, теоретически может обеспечить огромную экономию — особенно, когда речь идёт о масштабных площадках гиперскейлеров и облачных провайдеров.
Источник:
