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A inteligência artificial (IA) está em alta agora. Também em alta: os data centers que alimentam a tecnologia. E manter esses centros resfriados requer uma quantidade tremenda de energia.
O problema só vai crescer à medida que computadores e dispositivos de alta potência baseados em IA se tornem comuns. É por isso que o pesquisador Chanwoo Park da Universidade do Missouri está criando um novo tipo de sistema de resfriamento que promete reduzir drasticamente as demandas de energia.
“Resfriamento e fabricação de chips andam de mãos dadas”, disse Park, professor de engenharia mecânica e aeroespacial no Mizzou College of Engineering. “Sem resfriamento adequado, os componentes superaquecem e falham. Data centers com eficiência energética serão essenciais para o futuro da computação de IA.”
Resolvendo o problema de amanhã
Data centers são grandes instalações cheias de servidores que contêm chips de computador que armazenam e processam dados. Eles são basicamente hubs de computadores gigantes que abrigam os servidores que executam sites, aplicativos móveis e dados da nuvem.
Eles também são famintos por energia. Em 2022, os data centers usaram mais de 4% de toda a eletricidade nos EUA, com 40% dessa energia sendo gasta para manter o equipamento resfriado. À medida que a demanda por data centers aumenta, ainda mais energia será necessária.
Para mitigar isso, o Departamento de Energia dos EUA concedeu mais de US$ 40 milhões a pesquisadores para encontrar novas maneiras de resfriar data centers. Park recebeu recentemente quase US$ 1,65 milhão dessa iniciativa, conhecida como COOLERCHIPS.
Atualmente, os data centers são resfriados com ventiladores que movimentam o ar ou com líquido que afasta o calor dos racks dos computadores.
Park e sua equipe estão desenvolvendo um sistema de resfriamento de duas fases projetado para dissipar calor de forma eficiente de chips de servidor por meio de mudança de fase, como ferver um líquido em vapor em uma camada fina e porosa. O sistema pode operar passivamente sem consumir energia quando menos resfriamento é necessário. Mesmo no modo ativo, onde uma bomba é usada, ele consome apenas uma quantidade insignificante de energia.
“O líquido vai em direções diferentes e evapora em uma superfície fina de metal”, disse Park. “Usando essa superfície de ebulição, conseguimos obter uma transferência de calor muito eficiente com baixa resistência térmica.”
O sistema também inclui uma bomba mecânica que é ativada para absorver mais calor somente quando necessário.
Os primeiros testes mostram que as técnicas de resfriamento bifásico reduzem drasticamente a quantidade de energia necessária para manter o equipamento resfriado.
A equipe agora está fabricando o sistema de resfriamento — projetado para conectar e desconectar facilmente dentro de racks de servidores. Park espera que eles estejam em uso na próxima década, assim como os computadores alimentados por IA se tornarem populares.
“Eventualmente haverá limitações sob os sistemas de resfriamento atuais, e isso é um problema”, disse Park. “Estamos tentando nos antecipar e ter algo pronto e disponível para o futuro da computação de IA. Este é um sistema de resfriamento futurístico.”
O trabalho de Park se alinha com os objetivos do Center for Energy Innovation, um prédio que está sendo construído no campus para permitir que pesquisadores interdisciplinares resolvam desafios apresentados pelas crescentes preocupações com energia e rápido crescimento em IA. A ideia é alavancar tecnologia avançada para otimizar a produção, o armazenamento e a eficiência de energia.
“O centro nos permitirá explorar ideias e inovações adicionais em torno de processos de eficiência energética”, disse Park. “Esses são problemas complexos que exigem diferentes áreas de especialização. Estou ansioso por futuras colaborações.”
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