伊利诺伊大学的机械工程师们利用3D打印技术制造出纯铜冷板，可以将数据中心的冷却能耗从每吉瓦计算能力550兆瓦降低到仅11兆瓦。这项研究于5月7日发表在《细胞物理科学报告》（Cell Reports Physical Science）上，研究估计，与传统空气冷却系统超过30%的能耗相比，这项技术仅占数据中心总能耗的1.1%。
图为在铜基底上制造的拓扑优化（TO）鳍片阵列。（图片来源：伊利诺伊大学）
由机械工程系创始人教授内纳德·米尔科维奇 (Nenad Miljkovic) 和研究生贝赫努德·巴兹米 (Behnood Bazmi) 领导的团队，运用一种名为拓扑优化的数学技术来设计冷板的散热片。该算法从一个简单的矩形出发，迭代遍历所有可能的形状，并在每一步估算冷却能力和泵功率需求，直至收敛到最优设计。“拓扑优化最终会收敛到一个在最大化散热性能和最小化泵功率方面都达到最优的设计，”米尔科维奇说道。
最终制成的散热鳍片尖锐，边缘参差不齐，结构过于复杂，传统方法难以制造。研究团队与一家名为 Fabric8 的公司合作，采用电化学增材制造 (ECAM) 技术生产这些散热板。ECAM 是一种通过电化学电镀逐层沉积铜，而非熔炼的工艺。这一点至关重要，因为纯铜的导热性能远优于大多数商用冷板所用的铝合金（AlSiMg）或不锈钢，但以往很难通过 3D 打印技术制造纯铜。ECAM 技术解决了这一难题，能够制造出细节精细至 30 至 50 微米的铜制零件，比人类头发的宽度还要小。
扫描电子显微镜（SEM）图像显示了所制备的针状鳍片。比例尺：200 μm。（图片来源：伊利诺伊大学）
测试表明，优化后的散热板比传统的矩形翅片式散热板冷却效果提升高达 32%，并且在相同的冷却性能水平下，压降降低了高达 68%。压降的降低意味着推动冷却剂流经系统所需的能量更少。“通过弥合计算设计和制造能力之间的差距，我们的方法为芯片和其他电子设备的更节能的液冷提供了一条途径，”巴兹米说道。
预计到2028年，数据中心将消耗美国国家电网负荷的12%。过去40到50年来，空气冷却一直是芯片散热管理的主流方式，但它已无法满足现代高性能处理器的需求。研究人员表示，他们的工作流程也可应用于其他电子和非电子应用的冷却系统，并可适用于不同规模。该研究由美国能源部资助。
来源：mechse.illinois.edu
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