Placas frías de cobre podrían reducir el consumo energético de centros de datos

Ingenieros mecánicos de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign (Estados Unidos) desarrollaron una tecnología de refrigeración para chips informáticos que promete reducir drásticamente el consumo de energía en centros de datos. El diseño, publicado en 'Cell Reports Physical Science', combina un algoritmo matemático con impresión 3D avanzada para producir placas frías de cobre puro que superan a las convencionales.

Según los investigadores, si se aplicara a un centro de datos completo, el sistema representaría apenas el 1,1% del consumo energético total, frente a más del 30% que requieren los métodos de refrigeración por aire. Esto cobra relevancia ante la creciente demanda energética de los centros de datos: se estima que para 2028 consumirán hasta el 12% de la carga de la red eléctrica en Estados Unidos.

Los chips modernos generan cada vez más calor, y la refrigeración por aire ya no es suficiente. La refrigeración líquida directa al chip, que utiliza una placa fría adherida al chip con aletas metálicas en contacto con un líquido refrigerante, surge como alternativa. Sin embargo, los sistemas comerciales priorizan el costo sobre el rendimiento. El equipo de Illinois optimizó el diseño de las aletas mediante optimización topológica, un algoritmo que modifica gradualmente la forma para maximizar la capacidad de refrigeración y minimizar la energía de bombeo.

Las aletas resultantes tienen puntas afiladas y bordes dentados, más complejas que las formas convencionales. Para fabricarlas, los investigadores recurrieron a la fabricación aditiva electroquímica (ECAM), desarrollada por la empresa Fabric8. Este método deposita cobre capa por capa mediante recubrimiento electroquímico, logrando detalles de entre 30 y 50 micrómetros. El cobre puro, de alta conductividad térmica, es difícil de imprimir en 3D, por lo que la mayoría de las placas actuales usan aleaciones de aluminio o acero inoxidable.

En las pruebas, la placa optimizada ofreció una refrigeración hasta un 32% superior y redujo la caída de presión (menor esfuerzo para bombear el fluido) hasta en un 68%, manteniendo el mismo rendimiento. A escala de un centro de datos de 1 GW de potencia de cálculo, que hoy requiere unos 550 MW para refrigeración por aire, las nuevas placas necesitarían solo 11 MW. "Con nuestras placas de refrigeración, los centros de datos solo necesitarían 11 megavatios para la refrigeración en lugar de 550 megavatios", detalló Nenad Miljkovic, autor principal del estudio.

El primer autor, Behnood Bazmi, señaló que "la refrigeración es el principal obstáculo en el diseño de chips informáticos" y que el enfoque "ofrece una vía para una refrigeración líquida más eficiente energéticamente de chips y otros componentes electrónicos". Los investigadores creen que el sistema de optimización y fabricación podría ampliarse a otras aplicaciones electrónicas y no electrónicas.