Sandia Labs está colaborando con una startup de Minnesota, Maxwell Labs, para probar una innovadora idea de enfriamiento para computadoras basada en láseres. La firma ha establecido un acuerdo de investigación y desarrollo conjunto con Sandia y la Universidad de Nuevo México para demostrar el enfriamiento fotónico mediante láseres para chips de computadora. Este enfoque tiene el potencial de regular la temperatura de los chips, reducir drásticamente el consumo de energía y aumentar la eficiencia en comparación con los sistemas convencionales de aire y agua.
“Alrededor del 30 al 40 por ciento de la energía que utilizan los centros de datos se gasta en enfriamiento”, comentó Raktim Sarma, físico líder del proyecto en Sandia. Además, destacó que en algunas comunidades, el uso de agua necesaria para este proceso puede agotar los recursos locales.
Los componentes experimentales de microchips de Maxwell podrían ofrecer alivio a la industria de los centros de datos, donde los costos energéticos han comenzado a ser una preocupación creciente. “Un proyecto exitoso no solo abordará la necesidad inmediata de ahorro de energía, sino que también abrirá el camino para que los procesadores operen a niveles de rendimiento que antes se creían imposibles”, señaló Mike Karpe, cofundador y director de crecimiento de Maxwell.
Los centros de datos abarcan servidores que procesan correos electrónicos, búsquedas en la web y otra actividad en línea, generando una cantidad considerable de calor que requiere sistemas de enfriamiento extensivos para evitar el sobrecalentamiento de los servidores.
Investigadores, incluidos Sarma y su equipo, han estado explorando tecnologías fotónicas —dispositivos que utilizan la luz para realizar trabajos útiles— en diversas aplicaciones, desde el procesamiento de datos hasta comunicaciones y seguridad nacional. En comparación con la electrónica, la fotónica puede ser más rápida y más eficiente energéticamente.
La entrada del láser
Aunque los láseres son comúnmente asociados con calentar objetos, pueden también enfriar en condiciones específicas. Esto sucede cuando una frecuencia de luz particular se empareja con un objetivo muy pequeño y puro de un elemento específico. Por ejemplo, en algunas computadoras cuánticas, los láseres ayudan a mantener átomos individuales a temperaturas superfrías.
Sarma advirtió que un sistema láser no podría enfriar toda una casa o materiales a granel, pero podría funcionar para chips de computadora como las unidades de procesamiento gráfico (GPU) si la luz de enfriamiento se puede enfocar en puntos calientes localizados.
Maxwell Labs planea utilizar una placa fría fotónica que reemplazará o complementará los sistemas de enfriamiento por agua y aire, permitiendo además que el calor extraído en forma de luz se recicle y se convierta nuevamente en electricidad.
Los modelos de la compañía sugieren que un sistema de enfriamiento basado en láser puede mantener los chips más fríos que los sistemas basados en agua, lo que permitiría el desarrollo de nuevos paradigmas de recuperación de energía no posibles con la tecnología de enfriamiento tradicional.
Experiencia especializada en gallio arsenuro
Sandia aporta su experiencia al trabajar con un material llamado gallio arsenuro, un semiconductor como el silicio, que forma la base del diseño de la placa fría de Maxwell. Debido a que la luz láser calienta las impurezas, que anularían cualquier efecto de enfriamiento, la placa fría necesita capas extremadamente puras y delgadas de gallio arsenuro cristalino para funcionar adecuadamente.
Sandia tiene una larga trayectoria en la producción de semiconductores de alta calidad. A través del nuevo acuerdo de investigación, Maxwell Labs generará los diseños técnicos, Sandia construirá los dispositivos y la Universidad de Nuevo México analizará su rendimiento térmico.
Estos acuerdos, conocidos como CRADAs, fomentan asociaciones mutuamente beneficiosas para facilitar investigaciones y desarrollos de vanguardia hacia la comercialización. En el año fiscal 2024, Sandia firmó 72 nuevos CRADAs, la segunda cifra más alta en su historia de 75 años.
