Microsoft demonstreert microfluidische koeling voor AI-chips

Microsoft claimt een doorbraak te hebben bereikt met microfluidische koeling. Dat is een techniek die vloeistof direct door de chip laat stromen en daarmee tot drie keer efficiënter koelt dan huidige methoden.

De snelle opmars van kunstmatige intelligentie stelt steeds hogere eisen aan datacenters en de hardware waarop AI-toepassingen draaien. Nieuwe generaties chips zijn krachtiger, maar produceren ook aanzienlijk meer warmte. Traditionele koeltechnieken, zoals luchtstromen of cold plates, naderen hun limiet. Zonder innovatie zou dit binnen enkele jaren een rem zetten op de verdere ontwikkeling van AI-infrastructuur.

Koeling tot drie keer effectiever

Microsoft geeft aan een systeem te hebben getest waarbij minuscule kanalen in het silicium van een chip worden geëtst. Door deze microkanalen stroomt koelvloeistof rechtstreeks langs de plekken waar de meeste warmte ontstaat. In laboratoriumtests bleek deze methode tot drie keer meer warmte af te voeren dan cold plates. Bovendien daalde de maximale temperatuurstijging van GPU’s met circa 65 procent, afhankelijk van het type chip en de belasting.

Volgens Judy Priest, chief technical officer van Cloud Operations and Innovation bij Microsoft, opent dit nieuwe mogelijkheden: “Microfluidics zou krachtigere en compacter gebouwde chips mogelijk maken. Dat betekent betere prestaties in minder ruimte.”

Hoewel veel technische details nog niet bekend zijn, heeft deze manier van koelen wel wat weg van onderzoek dat onder andere IBM en het Duitse Fraunhofer Instituut al zo’n 15 jaar geleden hebben uitgevoerd waarbij zogeheten ‘microchannels’ in processoren werd aangebracht.

AI als hulpmiddel bij koeling

Een opvallend aspect van het onderzoek is dat Microsoft ook kunstmatige intelligentie inzette om de koeling zelf slimmer te maken. Door de unieke warmteprofielen van een chip in kaart te brengen, kan het systeem de koelvloeistof gerichter sturen. Zo wordt energie efficiënter gebruikt en ontstaat minder verspilling.

Voor het ontwerpen van de microkanalen werkte Microsoft samen met de Zwitserse startup Corintis. Daarbij werd een bio-geïnspireerde structuur getest, gebaseerd op patronen uit de natuur zoals de vertakkingen van bladeren of vleugels van vlinders. Deze vorm verdeelt vloeistof efficiënter over de chip dan rechte kanalen.

Complexe technische uitdaging

Het ontwikkelen van microfluidische koeling is technisch uitdagend. De kanalen zijn niet dikker dan een menselijke haar en moeten precies diep genoeg zijn om voldoende vloeistof door te laten zonder de chip te verzwakken. Daarnaast moesten lekvrije verpakkingen worden ontworpen, geschikte koelvloeistoffen worden getest en productieprocessen worden aangepast.

Behalve betere prestaties levert microfluidics ook voordelen op voor de duurzaamheid van datacenters. Doordat de koelvloeistof dichter bij de warmtebron komt, hoeft deze minder sterk gekoeld te worden. Dit verlaagt het energieverbruik en vergroot de mogelijkheden om restwarmte nuttig in te zetten. Bovendien kunnen servers dichter op elkaar worden geplaatst, wat de capaciteit van bestaande datacenters verhoogt zonder nieuwe gebouwen te hoeven neerzetten.

“We willen dat microfluidics een standaard wordt in de industrie”, aldus Jim Kleewein, technical fellow bij Microsoft, in een nieuwsbericht op de website van het concern. “Hoe meer partijen dit toepassen, hoe sneller de technologie zich ontwikkelt en hoe groter de voordelen voor iedereen.”