Super-raffreddamento per data center di nuova generazione

Crediti foto: Craig Fritz

Un rivoluzionario sistema di raffreddamento per i chip basato sul raffreddamento fotonico, che migliora l’efficienza rispetto ai sistemi convenzionali ad aria e acqua riducendo i consumi energetici.

La tecnologia laser può contribuire al risparmio di energia e acqua per il raffreddamento dei data center, settore in rapida espansione ed estremamente energivoro, in cui oltre il 30% del fabbisogno energetico serve a mantenere costante la temperatura delle apparecchiature elettroniche.

Si tratta di un’applicazione molto specifica: i laser sono generalmente utilizzati nelle applicazioni ad alta temperatura, ma concentrando un raggio di frequenza specifica su un bersaglio molto piccolo, nell’ordine delle centinaia di micron, si possono ottenere temperature molto basse.

Super-freddo microscopico

Le tecnologie che sfruttano la luce invece dell’elettricità sono già molto diffuse, ad esempio nell’elaborazione dati, nelle comunicazioni, nella sicurezza e nella ricerca applicata. Il laser è utilizzato nei computer quantistici, ad esempio, ma lo sviluppo di una tecnologia a larga diffusione potrebbe rivoluzionare il settore ICT.

Il raffreddamento laser si basa sul cambiamento di momento di minime quantità di materia, con assorbimento e ri-emissione dei fotoni, che riduce il moto casuale delle particelle abbassando la temperatura. L’obiettivo è realizzare piastre fredde fotoniche di dimensioni microscopiche, in grado di integrare e sostituire i sistemi tradizionali e di recuperare il calore sotto forma di emissione luminosa, per trasformarlo in elettricità.

Pioniera della nuova tecnologia laser per la regolazione termica dei chip, la startup statunitense Maxwell Labs sta collaborando con Sandia National Laboratories e The University of New Mexico, per la ricerca e sviluppo di un sistema di raffreddamento fotonico dedicato ai chip.

Crediti foto: Craig Fritz
APPLICAZIONI FOTONICHE
Rispetto all’elettronica, la fotonica può essere più veloce e più efficiente dal punto di vista energetico, ma le potenzialità applicative di questa tecnologia scontano il problema delle minime dimensioni delle applicazioni. Il raffreddamento laser non potrà quindi essere utilizzato alla scala delle apparecchiature e delle costruzioni umane. Nell’immagine i fasci laser utilizzati per intrappolare, ultra-raffreddare e misurare le oscillazioni di piccole quantità di materia, per il funzionamento di un orologio atomico a reticolo ottico.
Crediti foto: Craig Fritz
MENO STRATI, PIÙ PUREZZA
Un esempio di semiconduttori ultrasottili in arseniuro di gallio, che saranno ingegnerizzati e prodotti da Sandia National Laboratories per realizzare le piastre fredde necessarie ai test sulla tecnologia sviluppata da Maxwell Labs. La purezza del materiale è fondamentale, in quanto il raggio laser surriscalderebbe le impurità presenti nella piastra, vanificando l’effetto del raffreddamento. Sono quindi necessari cristalli finissimi, composti da pochi strati di atomi, proprio per assicurare l’assenza di impurità.
Crediti foto: Craig Fritz
SPESSORE ATOMICO
La capacità unica del laser di indirizzare e controllare il fascio luminoso, in ambiti spaziali localizzati e in tempi molto brevi, apre la strada a una progettazione termica dei chip svincolata rispetto all’uso dell’aria e dell’acqua. Il reattore epitassile a fascio molecolare è utilizzato per produrre strati ultra-sottili, per i test sulle piastre fredde. L’impiego di sorgenti ad alta purezza e in condizioni di ultra-vuoto consente infatti di controllare lo spessore dei materiali con una precisione pari a quella dello strato atomico.

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