Іонний вітер як енергоефективне охолодження

Проблема підвищення енергоефективності дата-центрів стає дедалі гострішою зі зростанням популярності технології штучного інтелекту, що призводить до різкого підвищення споживаної потужності.

Близько 40% споживаної дата-центрами енергії йде на охолодження мікропроцесорів. Але нові методи охолодження з використанням іонного вітру можуть різко скоротити споживання енергії. Вони засновані на використанні електростатичних полів для прямого і енергоефективного перетворення електричного струму в повітряний потік. Низька швидкість генерованого повітряного потоку досі перешкоджала широкому застосуванню. Тепер компанія Ionic Wind Technologies, що є дочірнім підприємством Empa, зробила прорив: її підсилювач повітряного потоку прискорює іонний вітер набагато сильніше, ніж раніше, завдяки новим електродам у поєднанні з оптимізованою для потоку формою корпусу. Якщо, скажімо, замінити звичайні вентилятори в дата-центрах на запатентовану технологію, можна заощадити до 60% енергії на охолодження.


«Ми прискорюємо повітря, безпосередньо заряджаючи його електрикою. Оскільки електричний струм перетворюється безпосередньо в повітряний потік, відпадають енерговитратні та галасливі проміжні етапи з використанням мотора, ротора або лопатей вентилятора», - пояснює основний принцип роботи іонного вітру засновник компанії Star-up Донато Рубінетті (Donato Rubinetti). Цей принцип уже був успішно використаний у процесі нетеплового сушіння фруктів, розробленому в компанії Empa. У рамках проєкту Innosuisse технологію було доопрацьовано таким чином, що потік повітря можна було збільшити більш ніж утричі.

В основі запатентованого підсилювача повітряного потоку для іонного вітру лежать так звані голчасті електроди. Вони генерують іонний вітер набагато ефективніше, ніж дроти, що використовувалися раніше. Крім того, голчасті наконечники встановлені в корпусі, який використовує ефект Коанде. Цей гідродинамічний принцип також використовується в крилах літаків або вентиляторах Dyson - він використовує локальну різницю тисків для збільшення обсягу повітряних потоків. «У поєднанні ці дві інновації є величезним кроком уперед і утворюють так званий іонний підсилювач вітру, який відкриває абсолютно нові сфери застосування зі значно кращою продуктивністю», - каже Донато Рубінетті.

Досі як голчасті електроди для іонного вітру використовували лише стандартні продукти типу будівельних цвяхів. «Наші голчасті наконечники, виготовлені на замовлення, дають змогу вдвічі збільшити швидкість повітряного потоку, як порівняти зі звичайними електродами, - і з меншими витратами енергії», - повідомив Донато Рубінетті. «Наконечник не є нескінченно загостреним, але все ж має вигин на самому кінці. Це відіграє надзвичайно важливу роль у продуктивності голчастих електродів». Спочатку підсилювач повітряного струму був змодельований за допомогою дротів. Однак у лабораторії вони реагували не так, як було розраховано на комп'ютері, тому команда Рубінетті перейшла на голчасті наконечники.

Примітно, що цей тип електродів не тільки створює дуже сильну асиметрію в електростатичному полі, що спрямовує повітряний потік і тим самим посилює його; наконечники також можна розмістити в корпусі набагато компактніше, ніж дроти. «З цього моменту йшлося про систематичну оптимізацію наконечників», - згадує Донато Рубінетті.

Однак виготовлення голчастих наконечників за індивідуальними мірками виявилося справою нелегкою. Він отримав пораду і підтримку від фахівців майстерні Empa в Санкт-Галлені, які також виготовляли вольфрамові наконечники для експериментів і пропонували способи зниження витрат. «Для нас, як для компанії-початківця, дуже важливо мати можливість у майбутньому виробляти наконечники з ідентичними властивостями у великих кількостях і за низькою ціною», - підкреслив Рубінетті.

За його словами, технологія підходить для галузей, де використовуються системи охолодження, процеси сушіння та очищення повітря. «Я бачу потенціал скрізь, де необхідно переміщати повітря з невеликою різницею тисків. Однак, перш за все в охолодженні комп'ютерів, серверів або центрів обробки даних». У запатентованому підсилювачі іонного вітру повітряні потоки можуть переміщатися на 60% ефективніше. А залежно від сфери застосування можна заощадити ще більше енергії.

Компанія Ionic Wind Technologies уже отримала приз «Startfeld Rohdiamant» від Кантонального банку Санкт-Галлера за найкращу бізнес-ідею. Крім того, програма фінансування Venture Kick і Gebert Rüf Stiftung надають фінансову підтримку проєкту в рамках програми InnoBooster, щоб довести продукт до ринкової зрілості. «Ми самі виробляємо підсилювачі повітряного потоку і хочемо в майбутньому продавати компоненти. Однак, оскільки у нас є патенти та інші ідеї, можливе також використання моделі ліцензування», - заявив Донато Рубінетті, якого наразі також фінансують Швейцарським національним науковим фондом (SNSF) і Innosuisse як стипендіата BRIDGE, він займається реалізацією своїх ідей в Empa. 

Комп’ютерний розум: генеративний штучний інтелект у рішеннях AWS