美国能源部资助的15个项目，希望迎来下一代数据中心冷却

随着机架密度的飙升，数据中心冷却已成为该行业日益严峻的挑战。为了满足人工智能等工作负载日益增长的需求，尽管芯片性能进步放缓，但公司被迫在越来越小的空间内推动更多的功率。这意味着会产生更多的热量，推动一些数据中心超越传统的空气冷却，进入不同形式的液体冷却。当前的液体冷却工作仍有其局限性，并且可能成本高昂，限制了它们在数据中心的部署。

数据中心

近期，美国能源部将斥资4亿美元用于15个项目，旨在大幅推进数据中心冷却系统,该项目由美国能源部高级研究计划局(ARPA-E)运营。

ARPA-E估计，如果技术没有进步，但数据中心的使用量继续增长，到2028年，美国数据中心将产生9000亿千瓦时(千瓦时)的热量。该机构认为，下面提出的新技术进步可以大大减少这种情况。

1 用于超高效和可持续HPC冷却的绿色制冷剂紧凑型混合系统

英伟达将开发一个新颖的模块化数据中心，其创新的冷却系统将直接到芯片、泵送两相和单相浸入式机架歧管中，内置泵和液蒸气分离器。该设计用两相冷板冷却芯片，而其余功率密度较低的服务器组件将浸没在密封的浸入式滑板中，服务器使用绿色制冷剂进行两相冷却，介电流体用于浸入。两相多孔金属冷板的热阻低至0.0025°C/W。

2 用于边缘计算的整体模块化节能定向冷却解决方案

加州大学戴维斯分校将为用于边缘计算的模块化数据中心开发一套整体热管理解决方案。他们的设计创新包括通过液冷回路从CPU和GPU芯片中高效提取热量，并通过使用高效，低成本的热交换器将热量散发到环境中。服务器主板中的辅助电子设备将通过辅助回路进行冷却，该辅助回路将热量辐射到大气中。

3 预制模块化液冷微型数据中心

Flexnode将开发一个预制的模块化设计的边缘数据中心，该数据中心将利用四个关键组件和系统级技术进步：新颖的歧管微通道散热器，基于机箱的混合浸入式冷却方法，具有成本效益的增材制造的干式冷却热交换器系统，以及容纳整个系统的拓扑优化容器。

4 用于冷却芯片的多目标优化软件

马里兰大学将开发一种集成决策支持软件工具，用于设计下一代数据中心，将现有的开源软件与创新的协同仿真框架无缝链接，用于对可靠性、能源、碳足迹和成本进行建模。该工具将允许数据中心设计人员与现有最先进的技术相比开发变革性和颠覆性的设计进步。

5 面向下一代高功率服务器架构的嵌入式微流体冷却

作为其A类工作的一部分，惠普将与合作伙伴合作开发一种积极的液体冷却解决方案，以减少对热接口材料的需求以及高功率CPU/GPU与冷却液之间的热接口数量，从而显著降低封装热阻。所提出的方法利用惠普的喷墨微流体平台，并依赖于首先将硅微通道耦合到设备表面，然后将微流体更深入地嵌入设备中作为未来的步骤。这种设计可将服务器热量抑制到 40°C 和 60% 的相对湿度外部环境空气。

6 用于大规模计算深度脱碳的超高效数据中心

佛罗里达大学正在开发所谓的颠覆性热管理解决方案，用于在数据中心服务器机架中以前所未有的热通量和功率水平冷却未来的CPU和GPU芯片。新技术允许处理器功率在未来显著增长，将热量直接排放到数据中心外部的环境空气中，并将促进现有数据中心基础设施中具有主要液体冷却回路的采用。

7 面向未来数据中心的新型混合冷却技术的整体协同设计

德克萨斯大学阿灵顿分校及其合作者将开发一种新型混合冷却技术，以满足大功率数据中心对先进热管理解决方案日益增长的需求。在服务器级别，该设计结合了直接到芯片的蒸发冷却模块，包括在高功率设备上电沉积金属，以消除热界面材料并降低芯片到冷却剂的热阻，以及空气冷却，包括用于系统其余部分的后门热交换器，从而为未来提供强大且可扩展的解决方案，以及改造传统数据中心的简单途径。

8 使用航空电子冷却技术的超高效数据中心

雷神技术研究中心将与跨行业协作团队一起开发采用航空电子冷却技术的超高效数据中心。通过带状振荡热管（RHP）实现大功率处理器的目标散热。热量从具有集成、被动和可靠散热的服务器中提取。RHP技术具有创纪录的低热阻，可以改变未来数据中心的功耗。

9 面向未来服务器的整体机架到处理器功耗和散热协同设计

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校将开发一种创新的冷却模式，能够为未来的服务器提供最小的能源使用和最大的冷却功率。他们的设计集成了高性能热界面材料、热膨胀系数匹配和可靠的碳化硅冷却器、基于拓扑优化的设计自动化与碳化硅增材制造相结合、坚固且经济高效的单相水冷以及高初级侧温度，以实现对环境的高效散热。

10 带增材制造的歧管的对齐石墨微通道冷却系统

作为A类项目的一部分，HRL实验室将开发一种新型数据中心热管理系统，该系统具有低热阻和更高的能源效率，以降低下一代数据中心服务器的功耗。HRL的系统利用对齐的石墨微翅片和增材制造的流动歧管来克服现有冷却块常见的性能限制，并为当前和未来的处理器提供前所未有的冷却。

11 受限直接两相射流冲击冷却，采用拓扑优化的表面工程和使用增材制造的相分离

普渡大学、宾汉姆顿大学和数据中心热管理公司Seguente Inc.将开发一种创新的芯片级直接两相冲击射流冷却解决方案，以大幅提高整体热性能，同时降低泵送功率。该设计包括用于冷却结构拓扑优化的新算法，用于多孔隙度芯的激光粉末床融合的新型片上直接打印方法，以及增材制造的多输入/多输出流体分配歧管。

12 启用两相浸入式冷却以支持高 TDP

英特尔联邦将开发超低热阻、珊瑚形浸入式冷却散热器，该散热器与用于大功率设备的 3D 均热板将集成在一起。英特尔的设计将通过优化 3D 均热板来更有效地传播热量，从而解决适应两相浸入式冷却的挑战。这与创新的沸腾增强涂层配合使用，通过促进高成核位点密度来降低热阻。

13 用于数据中心冷却的双模混合两相回路

密苏里大学将开发一种混合机械毛细管驱动的两相回路，可以作为数据中心的理想冷却解决方案。与现有的相变过程（如流动沸腾和冷凝）相比，所提出的技术具有许多优势，包括双模式操作、低热阻、高热通量、低泵送功耗、高功率密度、可靠运行和完全可扩展的设计。

14 冷却器芯片技术评估团队

国家可再生能源实验室（NREL），桑迪亚国家实验室和佐治亚理工学院将制定测试协议，以评估COOLERCHIPS项目在实际数据中心运行条件下开发的冷却技术。规模范围从组件级别到机架级别，一直到完整的边缘数据中心。该技术评估团队将利用COOLERCHIPS C类团队所做的工作来开发数字孪生，以评估关键参数，并帮助测试其他COOLERCHIPS项目团队开发的各种技术，以评估其热，可靠性和成本目标。

15 通过硅冷却效率的子一PUE

JetCool将开发一种微对流冷却技术，结合并优化两种不同的冷却方法，为数据中心提供最高水平的能源效率。JetCool 的微对流冷却模块可降低 CPU 温度，减少漏电流并节省 8-10% 的电力，而服务器内散热器无需在数据中心进行服务器专用空气冷却，从而显著节省能源。

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