Perusahaan teknologi besar tengah menghadapi masalah pendinginan yang serius. Pusat data membutuhkan energi dalam jumlah sangat besar untuk mencegah chip—semikonduktor yang memproses, menyimpan, dan mentransmisikan data—agar tidak mengalami overheat. Semakin banyak fasilitas semacam ini dibangun di AS, jaringan listrik pun mulai kewalahan, namun sebuah inovasi terbaru berpotensi meringankan tekanan tersebut.
Pendinginan langsung-ke-chip, yang mengalirkan cairan pendingin melalui “cold plate” yang dipasang langsung pada prosesor, kian menonjol sebagai solusi pendinginan unggul berkat efisiensinya—keunggulan yang semakin krusial seiring makin kuatnya chip. Kini, tim peneliti telah menemukan cara untuk membuat cold plate lebih efisien. Temuan mereka telah dipublikasikan hari ini di jurnal Cell Reports Physical Science.
“Perbedaan utamanya adalah kami menggunakan teknologi manufaktur baru bernama ECAM—electrochemical additive manufacturing,” ujar Nenad Miljkovic, profesor sekaligus direktur Air Conditioning and Refrigeration Center di University of Illinois Urbana-Champaign, kepada Gizmodo.
Dengan metode ini, Miljkovic dan koleganya menciptakan cold plate dari tembaga yang dirancang secara optimal sehingga memberikan pendinginan hingga 32% lebih baik dibandingkan cold plate konvensional. Selain itu, penurunan tekanan berhasil dikurangi sebesar 68%, sehingga cairan pendingin lebih mudah mengalir. Penerapan pelat-pelat ini di seluruh pusat data akan menghasilkan penghematan energi yang signifikan, baik dibandingkan sistem pendingin udara maupun sistem pendingin cair komersial, menurut para peneliti.
Mencetak 3D cold plate yang lebih baik
Foto close-up desain sirip optimal, diciptakan menggunakan teknologi ECAM milik Fabric8Labs. © Cell Reports Physical Science, Bazmi et al.
Efisiensi luar biasa dari cold plate tembaga ini bertumpu pada desain siripnya. Interior sebagian besar cold plate dipenuhi dengan “sirip” logam rapat yang menjulur ke dalam cairan pendingin untuk memaksimalkan luas permukaan yang berkontak langsung dengannya.
Miljkovic dan rekan-rekannya berkolaborasi dengan Fabric8Labs, perusahaan asal San Diego yang mengembangkanteknologi ECAM, untuk memroduksi cold plate tembaga dengan desain sirip optimal. Proses manufaktur ini pada dasarnya seperti pencetakan 3D dengan logam beresolusi sangat tinggi—teknologi ini menggunakan pelapis elektrokimia untuk membangun struktur tembaga kecil lapis demi lapis, alih-alih melelehkan dan menyambungkan logam.
“Kami dapat membuat struktur tiga dimensi yang optimal ini, yang tidak mungkin diciptakan dengan manufaktur klasik,” jelas Miljkovic.
Untuk merancang sirip tersebut, timnya memulai dengan bentuk persegi panjang sederhana, lalu menggunakan teknik optimasi topologi guna menemukan bentuk terbaik demi memaksimalkan kapasitas pendinginan dan mengurangi penurunan tekanan. Teknik ini memanfaatkan algoritma matematis yang secara bertahap mengubah bentuksirip dan memperkirakan efisiensi setiap perubahannya.
“Setelah 1.000 iterasi, jadilah struktur menyerupai pohon yang sangat indah, dan ini sudah teroptimasi untuk aliran panas,” kata Miljkovic.
Menurut peneliti, pusat data berkekuatan 1 gigawatt mengonsumsi listrik sekitar 500 megawatt untuk menjalankan sistem pendingin udara. Ini berarti total konsumsi listriknya mencapai 1,55 GW, tetapi hanya 1 GW yang digunakan untuk pemrosesan data. Dengan cold plate yang optimal, pusat data berdaya 1 GW hanya perlu menggunakan 11 MW untuk proses pendinginan.
Uji coba berikutnya: server sungguhan
Meskipun pengujian prototipe memberikan hasil yang menjanjikan, Miljkovic mengatakan langkah selanjutnya adalah membuktikan efisiensi cold plate ini pada chip yang sebenarnya. Ia berharap dapat berkolaborasi dengan perusahaan penyedia komputasi awan skala besar untuk melihat kinerja desain ini pada server hiper-skala yang sesungguhnya.
Seiring pertumbuhan daya komputasi perusahaan-perusahaan tersebut, menemukan cara untuk mengurangi konsumsi energi menjadi amat penting. Pusat data yang boros listrik kini sudah memberikann tekanan besar pada jaringan; dan pada tahun 2028, proyeksi menunjukkan kebutuhan energinya dapat berlipat ganda atau bahkan tiga kali lipat.
Menerapkan desain cold plate optimal dalam skala besar memang tidak akan sepenuhhnya menyelesaikan krisis jaringan, namun langkah ini bisa membuka jalan menuju masa depan yang lebih berkelanjutan bagi industri teknologi raksasa. AI takkan pergi darimana pun dalam waktu dekat, sehingga adaptasi pusat data untuk beroperasi dalam batas daya jaringan akan menjadi sebuah keniscayaan.