La crescita dell’intelligenza artificiale sta portando con sé una delle sfide più complesse per l’industria dei semiconduttori: gestire il calore prodotto dai chip sempre più potenti. Per affrontare questo problema, i ricercatori del Chinese Academy of Sciences Institute of Metal Research hanno sviluppato una nuova tecnologia basata sulla stampa 3D elettrochimica, capace di migliorare sensibilmente le prestazioni degli heat pipe utilizzati per il raffreddamento.
Il progetto, guidato dal professor Song Hongwu, ha permesso di realizzare un innovativo sistema Ω-channel heat pipe con uno stoppino poroso a gradiente. Secondo i ricercatori, questa soluzione garantisce una forza capillare doppia rispetto agli stoppini tradizionali in polvere di rame sinterizzato e una capacità di dissipazione del calore superiore del doppio rispetto ai comuni heat pipe con scanalature interne.
La stampa 3D elettrochimica apre nuove possibilità per gli heat pipe
La principale innovazione riguarda il processo produttivo. Attraverso la stampa 3D elettrochimica, gli scienziati cinesi sono riusciti a creare strutture interne estremamente complesse che in passato risultavano praticamente impossibili da realizzare con tecniche convenzionali.
Il metodo utilizza tubi in rame immersi in una soluzione di sali di rame, dove gli atomi vengono depositati progressivamente tramite elettrodeposizione. Controllando con precisione corrente elettrica e tempi di lavorazione, il team ha ottenuto una struttura porosa con una distribuzione variabile: pori nanometrici nella parte inferiore e pori micrometrici nella parte superiore.
Questa configurazione consente di combinare due vantaggi fondamentali: i pori più piccoli aumentano l’effetto capillare, mentre quelli più grandi riducono la resistenza al passaggio del liquido refrigerante. Il risultato è un sistema più efficiente nel trasferire il calore lontano dalle zone maggiormente sollecitate.
Il design Ω-channel migliora il trasferimento del calore
Al centro della ricerca troviamo il particolare design Ω-channel, chiamato così perché la sezione del canale ricorda la lettera greca omega. Questa geometria era già considerata una delle soluzioni più promettenti per gli heat pipe di nuova generazione, ma la sua realizzazione era stata ostacolata dalla difficoltà di creare strutture porose interne adeguate.
La forma a omega permette di aumentare la superficie interna disponibile, migliorando il contatto tra il fluido refrigerante e le pareti del dispositivo. Inoltre, favorisce una separazione più efficace tra fase liquida e fase vapore, elemento essenziale per il funzionamento degli heat pipe.
Secondo i ricercatori, questa struttura potrebbe teoricamente raggiungere una conduttività termica fino a mille volte superiore rispetto al rame puro, grazie alla combinazione tra geometria avanzata e gestione ottimizzata del fluido.
Raffreddamento dei chip AI: raddoppiano forza capillare e dissipazione
Il nuovo stoppino poroso a gradiente rappresenta il principale elemento che consente il miglioramento delle prestazioni. Grazie alla maggiore capacità di aspirazione capillare, il liquido refrigerante può tornare più rapidamente verso le aree dove il calore viene generato.
Questo significa ridurre il rischio di “burn-dry”, ovvero il fenomeno in cui l’evaporazione del liquido supera la capacità di rifornimento dello stoppino, causando un calo delle prestazioni del sistema di raffreddamento.
Gli heat pipe sviluppati dall’istituto cinese hanno mostrato una capacità di dissipazione per singolo tubo doppia rispetto ai modelli tradizionali a scanalature dritte. Inoltre, il nuovo processo elimina la necessità di assemblaggi secondari, integrando direttamente canale omega e struttura porosa in un’unica fase produttiva.
Una soluzione per la crisi termica dell’intelligenza artificiale
L’innovazione arriva in un momento in cui la domanda di potenza computazionale dei sistemi AI continua ad aumentare. GPU sempre più potenti e dispositivi più compatti stanno creando una pressione crescente sui sistemi di raffreddamento tradizionali.
Secondo il team cinese, gli heat pipe Ω-channel con stoppino a gradiente potrebbero offrire una nuova strada per la gestione termica dei data center, arrivando potenzialmente a supportare sistemi con oltre 300 kW di capacità termica a livello di rack utilizzando infrastrutture produttive già esistenti.
La ricerca, realizzata anche grazie alla collaborazione industriale con Jiangxi Naile Copper Industry Co., mostra come la combinazione tra nuovi processi produttivi e progettazione microscopica possa diventare una componente fondamentale nello sviluppo del calcolo ad alte prestazioni. La stampa 3D elettrochimica potrebbe quindi rappresentare uno degli strumenti chiave per affrontare le future esigenze di raffreddamento nei settori AI e semiconduttori.
Fonte: Pandaily
