突破性雷射有望徹底改變資料中心冷卻方式

革命性雷射冷卻可能徹底改變資料中心能源效率，使龐大計算設施更環保。明尼蘇達州新創 Maxwell Labs 與聯邦資助的桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories）、新墨西哥大學合作，開發「光子冷卻」，專門冷卻電腦晶片熱點。

解決資料中心能源難題

資料中心面臨嚴峻能源挑戰，「約30%~40%資料中心能耗是用在冷卻設備。」桑迪亞實驗室專案首席物理學家Raktim Sarma解釋。不僅造成成本上升，也常對當地水資源造成壓力。

傳統冷卻系統通常用冷水流經處理器銅製冷卻板的微型通道散熱。Maxwell Labs開發中技術卻採截然不同方法。

雷射如何冷卻？

人們通常認為雷射會產生熱量，但特定條件，精確調校頻率的雷射瞄準特定元素小區域卻能降溫。技術之前用於冷卻反物質、生物研究和量子現象研究，這是首次嘗試用於冷卻電腦。

「我們只需冷卻約幾百微米大小的區域。」Sarma說，約是一粒灰塵的尺寸。Maxwell Labs目標是創建「光子冷板」，含約人類頭髮寬度千分之一的微小結構，引導冷卻雷射精準瞄準熱點。

光子冷板由砷化鎵製成。為確保系統有效運作，冷板需要極度純淨、厚度不到1公釐的砷化鎵晶體層，因有雜質會被雷射加熱，抵消冷卻效果。

「這就是我們的專長。」Sarma表示。桑迪亞實驗室擁有為美國核武庫生產高品質半導體的悠久歷史，科學家使用分子束磊晶（MBE）生長晶圓和構建元件。「利用MBE，加上超高純度材料，可精確控制材料厚度小於一個原子層，並在超高真空生長晶體層。」桑迪亞科學家Sadhvikas Addamane解釋。

潛在效益與未來展望

若成功，新技術不僅大大降低資料中心能耗，還能提升晶片性能。防止熱節流（thermal throttling），處理器就能最佳狀態運行。Maxwell Labs系統還能回收能源，以光形式提取熱量轉回電能。

「光能精準定位和控制局部熱點，徹底打破晶片設計根深蒂固的熱約束，晶片設計師會怎麼利用這點還難預測，但我相信這會從根本上改變計算機解決問題的類型。」Maxwell Labs CEO Jacob Balma表示。

根據合作協議，Maxwell Labs負責技術，桑迪亞實驗室負責設備，新墨西哥大學分析熱性能。這項創新不僅解決資料中心迫切的能源節約需求，還可能為處理器達到前所未有性能。

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（圖片來源：Sandia National Laboratories）