Створена технологія, що радикально знижує тепловиділення дата-центрів

Стрімкий розвиток штучного інтелекту змушує технологічні гіганти будувати дедалі більше центрів обробки даних. Проте підключення тисяч нових енергомістких серверів створює колосальне навантаження на енергомережі, роблячи питання енергоефективності пріоритетом номер один для індустрії.

Рішення запропонував доцент Університету Бінгемтона Прітам Дас (Pritam Das). Розроблена ним технологія одноетапного перетворення енергії здатна суттєво знизити енергоспоживання та тепловиділення графічних процесорів (GPU), які є серцем сучасних AI-платформ.

Проєкт уже отримав фінансування у розмірі $100000 від університетської програми EXCEED, що підтримується грантом Національного наукового фонду США (NSF). Ці кошти підуть на створення робочих прототипів, збір даних та підготовку технології до комерційного запуску.

Сьогодні розробники AI-процесорів зіткнулися з технологічним глухим кутом. Закон Мура, який десятиліттями гарантував подвоєння кількості транзисторів на чипі кожні два роки, практично вичерпав себе - створити кремнієві CMOS-транзистори розміром менше ніж 4–7 нанометрів наразі фізично неможливо.

Як наслідок, сучасні процесори обмежені не своєю площею, а кількістю енергії, яку вони здатні споживати без критичного перегріву. Щоб розв'язати цю проблему, інженери агресивно знижують робочу напругу транзисторів - з колишніх 3,3 В або 5 В до менш ніж 1 В (іноді до 0,5 В). Це дозволяє щільніше пакувати електроніку, проте, згідно із законом Ома, зниження напруги вимагає подачі значно більшої сили струму для збереження тієї ж обчислювальної потужності.

Щоб мінімізувати втрати енергії на шляху до чипа, індустрія переходить на підвищення напруги системних шин живлення в серверах з 12 до 48 В. Це знижує теплові втрати на платах у 16 разів, але вимагає принципово нових перетворювачів напруги на самій платі - так званих конвертерів точки навантаження (POLc), які повинні понизити напругу з 48 В до потрібного процесору 1 В безпосередньо біля кристала.

Традиційні конвертери POLc використовують багатоступеневе перетворення енергії, через що їхня ефективність падає до 80%. Це означає, що на кожні 100 Вт енергії близько 20 Вт перетворюються на чисте тепло прямо поруч із гарячим процесором, змушуючи системи охолодження працювати на межі можливостей.

Професор Дас разом зі своїм аспірантом Тухіном Сасмалом (Tuhin Sasmal) розробив і запатентував схему одноетапного перетворення енергії з 48 В до 1 В.

Лабораторний прототип продемонстрував ККД на 10–12% вищий за будь-яких умов навантаження порівняно з комерційними аналогами.

Швидкість наростання струму (slew rate) збільшилася вдвічі. Це дозволяє миттєво постачати AI-процесору необхідну енергію під час пікових обчислень.

Новий патент, що зараз перебуває на стадії реєстрації, дозволить виробникам монтувати конвертер на відстані всього 5 міліметрів від мікросхеми.

«Штучному інтелекту потрібна "їжа" неймовірно швидко прямо під час обчислень. Наш конвертер дозволяє доставляти струм на надвисокій швидкості, не створюючи додаткового теплового навантаження, яке зазвичай доводиться компенсувати дорогими системами охолодження», - пояснює Прітам Дас.

За словами Кетрін Черні (Kathryn Cherny), старшої менеджерки Університету Бінгемтона з питань підприємництва та інноваційного партнерства, ця розробка покликана вирішити реальну, а не теоретичну проблему сучасної ІТ-індустрії. Очікується, що найближчим часом створений на базі патенту стартап представить комерційну модель конвертера для великих гравців ринку хмарних обчислень, таких як AWS, Microsoft Azure та Google Cloud.