Des concepts d’ordinateurs à basse température pour l’ère numérique
Du smartphone au fond de nos poches aux constellations de satellites en orbite, la demande insatiable de l’humanité en matière de données, fournies le plus rapidement possible, ne cesse de croître. Cette exigence exerce une pression énorme sur les microprocesseurs, qui doivent exécuter simultanément un grand nombre de fonctions de calcul. «Le microprocesseur est au cœur de l’informatique», explique le coordinateur du projet ThermaSMART, Prashant Valluri, de l’Université d’Édimbourg, au Royaume-Uni. «Ils consomment beaucoup d’énergie lorsqu’ils sont sollicités; ils peuvent par exemple devenir vraiment très chauds lorsque vous regardez un film sur votre ordinateur portable.» Les centres de données, qui abritent souvent plusieurs dizaines de microprocesseurs, peuvent également chauffer. Un dysfonctionnement, voire un incendie, peut mettre en danger des informations financières, sanitaires ou gouvernementales sensibles.
Un refroidissement à changement de phase pour les microprocesseurs
L’industrie est confrontée depuis des années au problème de la chaleur que génèrent les microprocesseurs. Traditionnellement, les ordinateurs sont refroidis par des ventilateurs, mais efficacité de ce procédé est limitée. Le projet ThermaSMART, financé par l’UE, a examiné le potentiel du refroidissement par changement de phase pour empêcher la surchauffe des microprocesseurs. C’est exactement de cette manière que les réfrigérateurs conservent le froid. Le fonctionnement est le suivant. Le réfrigérant, qui circule dans des serpentins du réfrigérateur, absorbe la chaleur lorsqu’il est sous forme liquide, l’éloignant ainsi du contenu du réfrigérateur. Lorsqu’il se réchauffe, il s’évapore en gaz, expulsant la chaleur via des serpentins externes, avant de se refroidir et de retrouver son état liquide. Et le cycle se répète.
Des microcanaux pour équipements électroniques
Prashant Valluri et son équipe ont voulu vérifier si ce processus de refroidissement pouvait être appliqué aux équipements électroniques. Leur travail s’appuie sur un projet antérieur, THERMAPOWER, qui a permis de mieux comprendre les phénomènes de changement de phase. «Dans le cadre de ce dernier projet, nous avons étudié les aspects scientifiques fondamentaux liés à l’évaporation, à l’ébullition et à la condensation, ainsi que l’efficacité de différents matériaux et réfrigérants», explique Prashant Valluri. «Un microprocesseur est un dispositif tellement petit que nous avons également examiné les aspects liés à l’ingénierie. Nous avons donc conçu de minuscules microcanaux contenant du réfrigérant qui pourraient être placés sur un microprocesseur». Les échanges de personnel constitue un aspect essentiel de ThermaSMART, qui a bénéficié du soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie. Ces échanges ont impliqué 21 universités de cinq continents. «Nous avons ainsi pu former un grand nombre d’étudiants», ajoute Prashant Valluri. «L’un des aspects les plus intéressants du projet était la possibilité d’envoyer des étudiants rencontrer des experts d’autres pays, et ces échanges se sont toujours révélés complémentaires.» En effet, cela a notamment permis d’établir une impressionnante liste d’articles de recherche évalués par des pairs, qui ont abordé de nombreux aspects du refroidissement par changement de phase.
La neurologie pour domaine d’application
L’identification de nouveaux domaines d’application possibles a constitué une autre réussite du projet. «Cela s’est produit presque par hasard», fait remarquer Prashant Valluri. «Je travaillais avec le département du Centre for Clinical Brain Sciences ici à Édimbourg, qui recherchait des moyens de refroidir le cerveau.» À la suite d’une grave lésion cérébrale, il est souvent crucial de refroidir le cerveau, car un gonflement peut entraîner d’autres lésions. Les enseignements tirés du projet ThermaSMART ont été exploités pour étudier le refroidissement par changement de phase en tant que solution potentielle de gestion de la température du cerveau des patients. Bien qu’ils souhaitent explorer toutes les pistes possibles, Prashant Valluri et son équipe sont convaincus que le refroidissement par changement de phase jouera un rôle essentiel dans l’avenir de l’informatique. Le remplacement des microprocesseurs est coûteux et néfaste pour l’environnement; le recours à l’air pour le refroidissement est inefficace et énergivore. «La prochaine étape consistera à développer et à installer ces méthodes de refroidissement de puces à microcanaux», ajoute-t-il.
Mots‑clés
ThermaSMART, numérique, informatique, microprocesseurs, smartphone, données, centres de données
