es.wedoany.com Noticia: Un equipo de investigación de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign ha desarrollado un flujo de trabajo de diseño de placas frías que combina la optimización topológica con la fabricación aditiva electroquímica (ECAM) para imprimir componentes de refrigeración líquida de cobre puro con estructuras de aletas a escala micrométrica. Este logro busca resolver un desafío en el desarrollo de placas frías: las herramientas de diseño computacional pueden generar estructuras de aletas óptimas con características inferiores a 100 micrómetros, pero los procesos de fabricación tradicionales no pueden producirlas de manera fiable en cobre.
"La refrigeración es el cuello de botella en el diseño de chips", afirmó Behnood Bazmi, primer autor del artículo y estudiante de posgrado en ingeniería mecánica de la universidad. "Al cerrar la brecha entre el diseño computacional y la capacidad de fabricación, ofrecemos un camino hacia una refrigeración líquida más eficiente energéticamente para chips y otros dispositivos electrónicos". La optimización topológica converge finalmente en un diseño óptimo que maximiza el rendimiento térmico y minimiza la potencia de bombeo, añadió el investigador principal y profesor fundador Nenad Miljkovic. Las aletas resultantes presentan perfiles cónicos y puntas de ramificación finas, geometrías que aumentan el área superficial humectada y guían localmente el flujo del refrigerante, pero cuya complejidad supera con creces la del mecanizado tradicional o los procesos de fabricación aditiva de metales basados en fusión.
Para lograr estas geometrías en cobre puro, el equipo colaboró con Fabric8Labs, con sede en San Diego. La plataforma ECAM de la compañía utiliza una matriz densamente empaquetada de microelectrodos direccionables individualmente para depositar iones de cobre capa por capa a partir de un electrolito acuoso, con una resolución de vóxel de aproximadamente 33 micrómetros. El proceso opera a temperatura ambiente, evitando la deformación térmica asociada a la fusión o sinterización por láser, y produce cobre con una pureza de hasta el 99,95 %. La mayoría de los procesos de fabricación aditiva basados en fusión tienen dificultades para procesar el cobre debido a su alta reflectividad y conductividad térmica. "ECAM puede fabricar piezas de cobre puro con detalles de hasta 30 a 50 micrómetros (más finos que un cabello humano)", dijo Miljkovic. La materia prima de electrolito acuoso es reciclable y puede reponerse con sales metálicas de bajo costo o cobre de desecho, y el cabezal de impresión en matriz permite la fabricación por lotes de múltiples componentes, lo que los investigadores consideran favorable para la producción a escala.
El equipo realizó un análisis de consumo energético de centros de datos basado en una arquitectura de refrigeración líquida directa al chip en un rack 42U con un consumo de 167 kilovatios. Los resultados mostraron que la energía de refrigeración de la solución propuesta representa solo el 1,1 % del consumo total de energía del centro de datos, con una Eficiencia Total de Uso (TUE) de 1,011. "Con nuestras placas frías, un centro de datos de 1 gigavatio necesitaría solo 11 megavatios para refrigeración, en lugar de 550 megavatios", afirmó Miljkovic.
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