La crescente domanda di servizi IT e il consumo energetico
Negli ultimi anni, la richiesta di servizi legati all’intelligenza artificiale e al cloud computing è aumentata in modo esponenziale. Questo ha portato a una trasformazione radicale dei server, dei dispositivi di archiviazione e di altre attrezzature IT, che stanno diventando sempre più numerosi e, soprattutto, sempre più affamati di energia. È interessante notare che negli Stati Uniti il consumo energetico dei server è triplicato tra il 2014 e il 2023, con previsioni che indicano un possibile raddoppio o addirittura un ulteriore triplo aumento entro il 2028. Si stima che i server potrebbero arrivare a rappresentare fino al 12% del carico totale della rete nazionale. Tuttavia, il problema non si limita al solo calcolo: quasi la metà dell’energia consumata da un data center è destinata al raffreddamento e ad altre attività ausiliarie. È quindi fondamentale trovare soluzioni innovative per affrontare questa crescente sfida energetica.
Bazmi et al., Cell Rep. Phys. Sci., 2026
Innovazioni nel raffreddamento dei chip
Per affrontare la crescente sfida energetica, un team di ingegneri ha sviluppato un sistema di raffreddamento innovativo, caratterizzato da una piastra fredda in rame puro dotata di punte frastagliate. Questo design all’avanguardia è stato supportato dall’intelligenza artificiale, che ha contribuito a ottimizzare le prestazioni del sistema. Ma come funziona esattamente questa nuova tecnologia di raffreddamento? Tradizionalmente, l’aria circolante è stata utilizzata per raffreddare i chip dei computer per oltre cinquant’anni. Tuttavia, con l’evoluzione dei chip moderni, che diventano sempre più potenti e generano una quantità crescente di calore, l’aria non riesce più a dissipare efficacemente il calore prodotto. In questo contesto, l’uso di un refrigerante liquido, che ha una densità superiore a quella dell’aria, si rivela una soluzione più efficace per prevenire il surriscaldamento.
Bazmi et al., Cell Rep. Phys. Sci., 2026
Il collo di bottiglia del raffreddamento nei chip
Il raffreddamento rappresenta un vero e proprio collo di bottiglia nel design dei chip, come sottolinea Behnood Bazmi, ingegnere meccanico presso l’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign (UIUC). Per affrontare questa problematica, i ricercatori dell’UIUC, in collaborazione con Fabric8Labs, hanno concepito un sistema di raffreddamento diretto ai chip, composto da piastre di rame progettate per massimizzare il contatto con il refrigerante circolante. Queste piastre sono dotate di “alette”, ovvero proiezioni che aumentano la superficie di contatto e migliorano l’efficienza del trasferimento di calore. A differenza delle alette tradizionali, che spesso presentano forme semplici come rettangoli o coni, quelle progettate in questo caso hanno bordi frastagliati e punte appuntite, ottimizzando ulteriormente la superficie di scambio termico.
Produzione additiva elettrochimica per il raffreddamento
Per realizzare queste forme innovative, i ricercatori hanno impiegato una tecnica nota come produzione additiva elettrochimica. Questo processo inizia con una forma base, tipicamente un rettangolo, e utilizza algoritmi matematici per modificarne la geometria attraverso numerose iterazioni. Durante questo processo, vengono calcolate le proprietà di raffreddamento e la quantità di energia necessaria per far circolare il fluido refrigerante, affinando il design attraverso simulazioni virtuali. Questa metodologia consente di affrontare il compromesso tra le prestazioni termiche e le esigenze idrauliche. Le alette ottimizzate riducono la caduta di pressione, diminuendo così la potenza necessaria per il pompaggio dei fluidi refrigeranti, come spiega Nenad Miljkovic, ingegnere meccanico presso l’UIUC.
Le sfide del design innovativo
Tuttavia, il design innovativo presenta anche delle sfide: le alette complesse sono più difficili da produrre. Inoltre, sebbene il rame abbia una conduttività termica eccellente, non si presta bene ai metodi di fabbricazione tradizionali, come la stampa 3D. Di conseguenza, i precedenti design delle piastre fredde erano realizzati in leghe di alluminio o acciaio inossidabile, materiali con proprietà termiche inferiori. Per superare queste limitazioni, i ricercatori hanno collaborato con Fabric8Labs per sviluppare piastre fredde in rame utilizzando una tecnica emergente chiamata produzione additiva elettrochimica (ECAM). A differenza della produzione sottrattiva, che rimuove materiale per ottenere la forma desiderata, la produzione additiva costruisce oggetti sovrapponendo strati successivi di materiale. L’ECAM, in particolare, utilizza un processo di rivestimento elettrochimico per creare le piastre di rame strato dopo strato, consentendo la realizzazione di dettagli estremamente fini, fino a 30-50 micrometri, ovvero meno della larghezza di un capello umano.
Efficienza e sostenibilità nel raffreddamento
Le piastre di rame puro ottenute, con le loro alette frastagliate e appuntite, offrono una risposta a due problematiche cruciali. In primo luogo, possono garantire un raffreddamento fino al 32% più efficiente rispetto alle piastre tradizionali con alette rettangolari. In secondo luogo, possono ridurre la caduta di pressione fino al 68%, mantenendo un livello di raffreddamento equivalente. I ricercatori stimano che l’integrazione di questa tecnologia all’interno di un data center di nuova generazione ad alta densità potrebbe portare a una riduzione dei costi di raffreddamento a solo l’1,1% del consumo energetico totale. In confronto, i metodi di raffreddamento ad aria convenzionali attualmente assorbono circa il 30% dell’energia di un data center.
Applicazioni future della tecnologia di raffreddamento
Le potenzialità di questa innovativa tecnologia non si limitano ai data center o alle applicazioni elettroniche. Il flusso di lavoro sviluppato dai ricercatori potrebbe essere applicato a una vasta gamma di sfide di raffreddamento su scala diversa, come conclude Bazmi. Questa ricerca è stata pubblicata sulla rivista Cell Reports Physical Science, segnando un passo significativo verso un futuro più sostenibile e efficiente nel settore della tecnologia informatica. L’adozione di queste tecnologie avanzate non solo migliorerà l’efficienza energetica, ma contribuirà anche a ridurre l’impatto ambientale delle infrastrutture IT, rendendo il settore più responsabile e sostenibile.
