(Liquid ports carry cooling water to specially designed passages etched into the backs of FPGA devices to provide more effective cooling. The liquid cooling provides a significant advantage in computing throughput. Credit: Rob Felt, Georgia Tech)
DARPA의 지원을 받은 조지아 공대의 연구자들이 혁신적인 액체 냉각 방식을 개발했다는 소식입니다. 이들은 FPGA 칩 업계의 거인인 알테라(Altera)와 손잡고 알테라의 28nm 칩 내부에 직접 냉매를 흘려보내는 방식으로 기존의 냉각 시스템 보다 60%나 효율이 좋은 새로운 냉각 시스템을 개발했다고 합니다.
조지아 공대의 무한나드 바키르 교수(Muhannad Bakir, an associate professor and ON Semiconductor Junior Professor in the Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering.)와 대학원생인 토마스 사베이 (Thomas Sarvey)는 히트 스프레드를 제거하고 아예 칩의 내부에 쿨링 시스템을 연결했습니다.
기존의 프로세서 냉각 시스템은 칩을 보호하고 열을 방출하는 금속판과 히트 스프레드로 덮혀 있었습니다. 이는 충격에 약한 칩을 보호하는 어쩔 수 없는 방식이지만, 결국 열이 내부에 갇히는 현상을 일으켜 냉각 효율을 떨어뜨립니다. 결국 더 크고 에너지를 많이 먹는 냉각 장치 (공냉식이든 수냉식이든)를 장착할 수밖에 없었습니다.
그런데 열이 높을 수록 칩 내부의 저항은 커지기 때문에 전기를 더 소모하는 것은 물론 더 많은 열을 만드는 문제가 발생합니다. 만약 획기적인 냉각 방식을 개발한다면 에너지 소모를 줄이는 것은 물론 기기의 수명 연장(높은 열에 노출될수록 전자기기의 수명이 짧아짐), 더 높은 밀도의 서버 개발 등이 가능해집니다.
그래서 조지아 공대의 연구자들은 알테라의 28nm FPGA 칩 내부에 100 미크론(micron) 두께의 실리콘 실린더를 만들었습니다. 여기로는 냉매가 흐르게 됩니다. 그리고 이를 칩 위에 올려놓은 것이죠. 마치 방 바닥에 까는 보일러 관 같은 구조인데, 난방을 하는 대신 냉방을 한다고 이해할 수 있을 것 같습니다.
결국 이 방식을 이용하면 액체 냉매가 흐르는 장소는 트랜지스터에서 수백 미크론에 불과한 가까운 위치가 됩니다. 사이에 있는 물질은 극도로 얇은 실리콘 뿐이므로 냉각효율이 대폭 향상됩니다.
연구팀은 섭씨 20도의 물을 분당 147 ml 의 속도로 흘려보내 칩의 온도를 섭씨 24도로 유지했습니다. 이는 공냉 방식이었을 때의 60도에 비해 매우 낮은 것입니다.
이 방식을 다른 CPU와 GPU에 응용할 수 있다면 프로세서의 온도를 균일하게 유지하는데 도움이 될 뿐 아니라 칩설계를 더 조밀하게 할 수 있습니다. 물론 전력 소모가 줄어들고 칩의 수명이 연장되는 것은 물론입니다.
다만 이 방식이 장시간 안전성과 경제성을 가지는지는 앞으로 검증해야 할 과제입니다. 아무래도 물이 새면 바로 칩이 파손될 가능성이 높아보이는데 말이죠. 만약 GPU와 CPU를 안전하게 냉각할 수만 있다면 큰 효과가 있지 않을까 하는 생각도 드네요.
참고
댓글
댓글 쓰기