แก้เกม AI Chip ร้อน! Microsoft โชว์ ‘Microfluidics’ นวัตกรรมหล่อเย็นบน Silicon ดีขึ้น 3 เท่า

ปฏิเสธไม่ได้ว่ายุคนี้คือยุคของ AI อย่างแท้จริง แต่ยิ่ง AI เก่งขึ้นเท่าไหร่ พลังการประมวลผลที่ต้องใช้ก็ยิ่งมหาศาลขึ้นเท่านั้น และผลลัพธ์ที่ตามมาก็คือ "ความร้อน" ที่เกิดขึ้นบน AI Chip ใน Datacenter ซึ่งร้อนกว่าชิปรุ่นก่อนๆ หลายเท่าตัว

ความร้อนนี่เองที่กำลังจะกลายเป็นกำแพงที่ขัดขวางความก้าวหน้าของ AI ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า เพราะใครๆ ก็รู้ว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กับความร้อนเป็นของที่ไม่ถูกกัน แต่ล่าสุด Microsoft ได้ออกมาประกาศความสำเร็จในการทดสอบเทคโนโลยีระบายความร้อนใหม่ที่ชื่อว่า Microfluidics ซึ่งแก้ปัญหานี้ได้ตรงจุด และมีประสิทธิภาพดีกว่าเทคโนโลยีขั้นสูงที่ใช้อยู่ในปัจจุบันถึง 3 เท่า!

Microfluidics คืออะไร? ทำไมถึงดีกว่าเดิม?

อธิบายง่ายๆ เทคโนโลยีระบายความร้อนที่ใช้กันแพร่หลายในปัจจุบันอย่าง Cold Plate ก็เหมือนกับการเอาแผ่นประคบเย็นไปวางไว้บนตัวชิป ซึ่งระหว่างแผ่นกับตัวชิปยังมีวัสดุอื่นๆ คั่นอยู่หลายชั้น ทำให้การระบายความร้อนทำได้ไม่เต็มที่ เหมือนพยายามประคบเย็นโดยมีผ้าห่มกั้นไว้

แต่ ‘Microfluidics’ คือการยกเครื่องแนวคิดใหม่ทั้งหมด โดยเปลี่ยนจากการระบายความร้อน "ภายนอก" มาเป็นการระบายความร้อน "ภายใน" ตัวชิปโดยตรง

วิธีการของ Microsoft คือการ "แกะสลัก" ช่องหรือร่องขนาดจิ๋ว (Micro-channels) ที่มีความกว้างเท่าเส้นผม ลงบนด้านหลังของแผ่น Silicon ของชิปโดยตรง แล้วปล่อยให้ของเหลวหล่อเย็น (Liquid Coolant) ไหลผ่านช่องเหล่านี้เพื่อสัมผัสกับเนื้อชิปและดึงความร้อนออกไปจากแหล่งกำเนิดทันที

ผลลัพธ์ที่ได้คือประสิทธิภาพที่เหนือกว่าอย่างเห็นได้ชัด จากการทดสอบในแล็บพบว่า Microfluidics:

• ระบายความร้อนได้ดีกว่า Cold Plate ถึง 3 เท่า (ขึ้นอยู่กับ Workload)
• ลดอุณหภูมิสูงสุดของ Silicon ใน GPU ลงไปได้ถึง 65%

Sashi Majety ผู้จัดการฝ่ายเทคนิคอาวุโสของ Microsoft ถึงกับบอกว่า "ถ้าอีก 5 ปีข้างหน้า คุณยังพึ่งพาเทคโนโลยี Cold Plate แบบเดิมๆ อยู่ คุณจะไปต่อไม่ได้"

ไม่ใช่แค่เย็นขึ้น แต่ปลดล็อกศักยภาพใหม่ๆ ได้

ประโยชน์ของ Microfluidics ไม่ได้หยุดอยู่แค่การทำให้ชิปเย็นลง แต่ยังส่งผลกระทบเชิงบวกไปทั้งระบบ ตั้งแต่ระดับชิปไปจนถึงการออกแบบ Datacenter ทั้งหมด

• Overclock ได้อย่างสบายใจ: ในการใช้งานจริงอย่าง Microsoft Teams จะมีช่วงที่ปริมาณการใช้งานพุ่งสูง (Spiky Workloads) เช่น ตอนเริ่มประชุม ซึ่งการจะรับมือกับช่วงพีคแบบนี้ได้ต้องอาศัยการ Overclock เพื่อรีดประสิทธิภาพเซิร์ฟเวอร์ให้สูงขึ้นชั่วคราว ซึ่งแน่นอนว่าทำให้ชิปร้อนมาก แต่ด้วย Microfluidics ทำให้สามารถ Overclock ได้โดยไม่ต้องกลัวว่าชิปจะละลาย เพิ่มทั้งความเร็ว ความเสถียร และลดต้นทุนที่ไม่ต้องสร้าง Capacity เผื่อไว้มหาศาล
• Datacenter ที่หนาแน่นและทรงพลังกว่าเดิม: เมื่อความร้อนไม่ใช่ปัญหาอีกต่อไป วิศวกรสามารถออกแบบให้เซิร์ฟเวอร์วางชิดกันได้มากขึ้น (Increase Density) ทำให้ Datacenter มีพลังประมวลผลสูงขึ้นในพื้นที่เท่าเดิม และลด Latency หรือความหน่วงในการสื่อสารระหว่างเซิร์ฟเวอร์
• เปิดประตูสู่นวัตกรรมชิป 3 มิติ: การซ้อนชิปในแนวตั้ง (3D Stacking) เป็นสถาปัตยกรรมในฝันที่ช่วยลด Latency ได้มหาศาล แต่ที่ผ่านมาทำได้ยากมากเพราะปัญหาความร้อนที่สะสมอยู่ระหว่างชั้น แต่ Microfluidics อาจเป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้สิ่งนี้เป็นจริงได้
• ประหยัดพลังงานและยั่งยืนขึ้น: เมื่อระบายความร้อนได้โดยตรง ของเหลวหล่อเย็นก็ไม่จำเป็นต้องเย็นจัดเท่าเดิม ช่วยประหยัดพลังงานที่ใช้ในการทำความเย็นมหาศาล และลดภาระของโครงข่ายไฟฟ้าโดยรวม

ภาพชิป Microfluidics chip ที่พัฒนาโดย Microsoft ถูกครอบป้องกันไว้ พร้อมกับติดตั้งท่อสำหรับให้ของเหลวระบายความร้อนไหลเวียนได้อย่างปลอดภัย - Credit: Photo by Dan DeLong for Microsoft.

ใช้ AI ออกแบบช่องระบายความร้อนที่ได้แรงบันดาลใจจากธรรมชาติ

แม้แนวคิด Microfluidics จะไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่การทำให้เกิดขึ้นจริงนั้นซับซ้อนอย่างยิ่ง การออกแบบช่องขนาดจิ๋วที่ต้องไม่ตื้นจนตันและไม่ลึกจนแผ่น Silicon เปราะบาง การหาชนิดของเหลวหล่อเย็นที่เหมาะสม ไปจนถึงการออกแบบแพ็กเกจกันรั่ว ทั้งหมดคือความท้าทายทางวิศวกรรมขั้นสูง

และไม้เด็ดของ Microsoft คือการนำ AI มาช่วยออกแบบ โดยร่วมมือกับสตาร์ทอัพสัญชาติสวิสอย่าง Corintis เพื่อสร้างดีไซน์ช่องระบายความร้อนที่ได้แรงบันดาลใจจากชีวภาพ (Bio-inspired Design) มีลักษณะคล้ายกับ "เส้นใบไม้" หรือ "ลายปีกผีเสื้อ" ซึ่งเป็นรูปแบบที่ธรรมชาติพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูงสุดในการลำเลียงสารต่างๆ ไปยังจุดที่ต้องการได้อย่างทั่วถึงและรวดเร็ว

นวัตกรรมที่ไม่ใช่แค่เพื่อ Microsoft แต่เพื่อทั้งอุตสาหกรรม

Microsoft มองว่า Microfluidics คือรากฐานที่สำคัญสำหรับโครงสร้างพื้นฐาน AI ในอนาคต และกำลังเดินหน้าวิจัยเพื่อนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้กับชิปที่บริษัทพัฒนาขึ้นเองอย่าง Cobalt และ Maia รวมถึงทำงานร่วมกับพาร์ทเนอร์ในอุตสาหกรรมเพื่อผลักดันให้ Microfluidics กลายเป็นมาตรฐานใหม่

นับว่าเป็นอีกหนึ่งก้าวสำคัญที่แสดงให้เห็นว่า การจะไปให้สุดในโลกของ AI ไม่ใช่แค่เรื่องของ Software หรือ Algorithm ที่ฉลาดขึ้นเท่านั้น แต่ยังต้องอาศัยนวัตกรรมทางวิศวกรรม Hardware ที่ล้ำหน้าควบคู่กันไปด้วย ซึ่งครั้งนี้ Microsoft ได้แสดงให้เห็นแล้วว่า อนาคตของ AI ควรเป็นอนาคตที่ "เย็น" ลงกว่าเดิม

ที่มา: Microsoft News