Microsoft und Corintis fördern mikrofluidische Kühlung von IBM für leistungsfähigere Chips und effizientere Rechenzentren

Microsoft entwickelt eine neue Kühltechnologie für Mikrochips, die auf Mikrofluidik basiert und direkt Flüssigkeitskühlung in die Siliziumstruktur integriert. Im Labor zeigte sich, dass diese Methode die Wärmeabfuhr bis zu dreimal effizienter als herkömmliche Kaltplatten in Rechenzentren ist. Bei Tests mit einem Server, der Simulatoren für Microsoft Teams-Meetings betrieb, gelang es, die maximale Temperaturerhöhung eines GPU-Chips um 65 Prozent zu senken. Im Gegensatz zu Kaltplatten, bei denen Kühlflüssigkeit über eine metallische Platte fließt, die über mehreren Schichten auf dem Chip liegt, strömt die Flüssigkeit direkt durch feine, in den Rücken des Chips geritzte Kanäle – etwa so breit wie ein menschliches Haar. Diese Kanäle wurden mit Hilfe von KI optimiert und von natürlichen Mustern wie Blattvenen inspiriert, um eine effiziente Wärmeverteilung zu erreichen. Ein zentraler Vorteil der Mikrofluidik liegt darin, dass sie die thermischen Barrieren zwischen Chip und Kühlflüssigkeit eliminiert. Jede zusätzliche Schicht hält Wärme zurück, weshalb bei Kaltplatten die Flüssigkeit kälter sein muss. Bei Mikrofluidik reicht eine geringere Kühltemperatur aus, was Energie spart. Zudem ermöglicht die präzise Kühlung von heißen Stellen im Chip eine höhere Überclocking-Fähigkeit ohne Überhitzungsrisiko. Dies könnte bedeuten, dass Rechenzentren weniger Server benötigen oder sie enger packen können, was Kosten und den ökologischen Fußabdruck senkt. Die Technologie ist besonders wichtig für die nächste Generation von Chips, die durch künstliche Intelligenz immer leistungsfähiger werden und dabei extrem viel Wärme erzeugen. Herkömmliche Luftkühlung ist für solche Dichten nicht mehr ausreichend. Wasser ist etwa 23-mal besser als Luft beim Wärmeaufnehmen und bis zu 100-mal effizienter bei der Wärmeabfuhr durch Konvektion. Rechenzentren müssen daher von Luft- auf Flüssigkeitskühlung umsteigen – heute bereits bei bis zu 145 Kilowatt pro Rack, mit Zielen von einem Megawatt bis 2030. Bereits 2008 hatte IBM mit 3D-Chip-Stacks und eingebetteter Wasserkühlung experimentiert, und das ICECool-Projekt der DARPA zeigte, dass Mikrofluidik bereits vor Jahren erforscht wurde. Heute arbeitet Microsoft mit Corintis, einem 2022 gegründeten Schweizer Startup, zusammen, das ein KI-gestütztes Design-Tool namens Glacierware entwickelt hat. Dieses erzeugt optimierte, organisch wirkende Kühlkanäle, die sich dynamisch an die Wärmeverteilung anpassen. Bei Tests konnte Corintis eine 13-prozentige Senkung der Eintrittstemperatur und eine 55-prozentige Reduktion des Druckverlusts gegenüber Kaltplatten erreichen. Obwohl die Technologie noch im Laborstadium ist, deutet alles auf eine vielversprechende Zukunft hin. Microsoft hofft, mit dieser Innovation die Energieeffizienz von Chips und Rechenzentren deutlich zu steigern – besonders für künftige XPU- und Arm-CPU-Architekturen. Kritisch bleibt jedoch die Frage nach Kosten, Skalierbarkeit und der Herstellungsintegration. Dennoch: Wenn Mikrofluidik die Notwendigkeit von Unterbrechungen, Unter- oder Überclocking reduziert, könnte sie sich langfristig als kosteneffizienter erweisen als die Instandhaltung von teuren GPUs. Die Herausforderung bleibt, die Technologie aus dem Labor in die industrielle Produktion zu bringen – doch die ersten Schritte sind vielversprechend.