De minuscules « ventilateurs sur puce » pourraient refroidir les grands datacenters
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Dans les centres de données, des émetteurs-récepteurs optiques enfichables convertissent les bits électroniques en photons, les projettent à travers la pièce, puis les retransforment en signaux électroniques, ce qui en fait un élément technologique essentiel pour contrôler le flux de données utilisé par l'IA. Cependant, cette technologie consomme beaucoup d'énergie. Dans un centre de données contenant 400 000 GPU , Nvidia estime que les émetteurs-récepteurs optiques consomment 40 mégawatts . À l'heure actuelle, la seule façon de gérer toute cette chaleur est d'espérer pouvoir se connecter thermiquement. Ces émetteurs-récepteurs sont fixés au boîtier du système de commutation et refroidis. Ce n'est pas une solution idéale, explique Thomas Tarter , ingénieur thermique principal chez xMEMS Labs , une start-up. Cependant, comme ces émetteurs-récepteurs ont la taille d'une clé USB surdimensionnée , il est impossible d'y installer un ventilateur de refroidissement conventionnel.
xMEMS annonce avoir adapté son futur micro-électromécanique ultrasonique ( MEMS ) « ventilateur sur puce » pour l'intégrer à un émetteur-récepteur optique enfichable. Il permet ainsi de faire circuler l'air et de refroidir le composant numérique principal de l'émetteur-récepteur, le processeur de signal numérique (DSP). Maintenir le DSP au frais est essentiel à sa longévité, explique Thomas Tarter. À plus de 2 000 dollars par émetteur-récepteur, gagner une ou deux années supplémentaires est largement justifié. Le refroidissement devrait également améliorer l'intégrité des signaux des émetteurs-récepteurs. Le manque de fiabilité des liaisons est accusé d'allonger les cycles d'apprentissage déjà longs pour les nouveaux modèles de langage à grande échelle .
La technologie de refroidissement xMEMS trouve un nouveau foyer
La technologie de refroidissement des puces xMEMS, dévoilée en août 2024 , s'appuie sur le produit précédent de l'entreprise, les micro-haut-parleurs à semi-conducteurs pour écouteurs. Elle utilise des matériaux piézoélectriques capables de changer de forme à des fréquences ultrasonores pour pomper 39 centimètres cubes d'air par seconde à travers une puce d'environ un millimètre de haut et de moins d'un centimètre de côté.
Les smartphones , trop fins pour transporter un ventilateur, ont été la première application évidente du refroidisseur pour MEMS, mais le refroidissement des systèmes d'IA à l'échelle des centres de données à croissance rapide semblait hors de portée de la technologie MEMS, car il ne peut pas égaler les systèmes de refroidissement liquide qui éliminent des milliers de watts de chaleur des serveurs GPU .
« Nous avons été agréablement surpris par l'approche des clients des centres de données », déclare Mike Housholder , vice-président marketing de xMEMS. « Nous étions concentrés sur la faible consommation. Nous ne pensions donc pas avoir une solution miracle. »
Les émetteurs-récepteurs optiques enfichables constituent une technologie de centre de données qui relève clairement du domaine des ventilateurs sur puce. Aujourd'hui, la chaleur dégagée par le DSP, le circuit intégré photonique et les lasers d'un émetteur-récepteur est couplée thermiquement aux commutateurs réseau auxquels ils sont connectés. (Ces derniers sont généralement situés en haut d'un rack d'ordinateurs.) L'air circulant sur les ailettes intégrées à la face avant du commutateur évacue ensuite la chaleur.
En collaboration avec des partenaires dont ils ont souhaité garder l'anonymat, xMEMS a commencé à explorer comment faire circuler l'air dans l'émetteur-récepteur. Ces composants consomment 18 watts ou plus. En plaçant la puce MEMS de l'entreprise dans un canal de circulation d'air thermiquement connecté aux puces de l'émetteur-récepteur, mais physiquement isolé de celles-ci, l'entreprise prévoit de réduire la température du DSP de plus de 15 %.
xMEMS fabrique des prototypes de puces MEMS dans l'usine de nanofabrication de Stanford , mais recevra sa première production de silicium de TSMC en juin, précise Mike Householder. L'entreprise prévoit une production à pleine capacité au premier trimestre 2026. « Cela correspond bien à nos premiers clients », ajoute-t-il.
Les livraisons d'émetteurs-récepteurs connaissent une croissance rapide, selon le groupe Dell'Oro . L'analyste de marché prévoit que les livraisons de composants à 800 gigabits par seconde et à 1,6 térabit par seconde augmenteront de plus de 35 % par an jusqu'en 2028. D'autres innovations dans les communications optiques , susceptibles d'avoir un impact sur la chaleur et la consommation d'énergie, sont également en vue.
En mars, Broadcom a dévoilé un nouveau DSP qui pourrait entraîner une réduction de la consommation d'énergie de plus de 20 % pour les émetteurs-récepteurs à 1,6 Tbit/s, en partie grâce à l'utilisation d'un procédé de fabrication de puces plus avancé. Cette dernière entreprise et Nvidia ont développé séparément des commutateurs réseau qui éliminent complètement les émetteurs-récepteurs enfichables. Ces nouvelles « optiques co-packagées » effectuent la conversion optique/électronique sur silicium, au sein même du boîtier de la puce du commutateur.
Mais Thomas Tarter, qui travaille sur les puces de refroidissement depuis les années 1980, prédit que les puces MEMS trouveront de nouvelles applications, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur des centres de données. « Nous en apprenons beaucoup sur les applications », dit-il. « J'ai imaginé 20 ou 30 applications de base, et j'espère que cela inspirera les concepteurs à se dire : "Voilà comment je peux l'utiliser dans mon système." »