Investigadores da Universidade de Illinois, nos Estados Unidos, desenvolveram um dissipador de calor em cobre cujo formato foi definido por algoritmos de otimização topológica. O novo desenho aumenta a eficiência de remoção de calor em até 32% e pode diminuir em 68% a pressão necessária para bombear líquido de arrefecimento, segundo medições laboratoriais.
Desenho matematicamente otimizado eleva desempenho térmico
Na refrigeração tradicional de processadores, placas metálicas planas conduzem o calor do chip até um fluido, enquanto ventoinhas ou radiadores expulsam essa energia para o ambiente. Para ampliar a troca térmica, as superfícies costumam receber aletas retangulares simples. Contudo, formatos convencionais não exploram todo o potencial de contacto entre metal e líquido.
Para superar essa limitação, a equipa liderada por Behnood Bazmi recorreu à otimização topológica, técnica que altera gradualmente a geometria de um objeto até encontrar a configuração mais eficiente para determinado objetivo. O algoritmo iniciou com aletas retangulares básicas e, em cada iteração, avaliou dois critérios: capacidade de resfriamento e potência de bombeamento exigida pelo sistema. O processo gerou estruturas complexas, com pontas afiadas e bordas irregulares que lembram folhas de samambaia.
Testes comparativos demonstraram que o dissipador otimizado extrai até um terço mais calor do líquido de arrefecimento enquanto reduz drasticamente a perda de carga hidráulica. Esse duplo ganho traduz-se em menor consumo energético para manter a temperatura de chips de alto desempenho.
Manufatura aditiva viabiliza cobre puro em geometrias complexas
Embora o cobre seja mais eficiente que alumínio ou aço inoxidável na condução de calor, a fabricação de geometrias intrincadas nesse metal enfrenta limitações técnicas e de custo. Para contornar o desafio, os investigadores empregaram manufatura aditiva eletroquímica, processo que deposita camadas de cobre puro sem necessidade de fusão. O método permite criar superfícies detalhadas com precisão micrométrica, reduzindo etapas de usinagem e desperdício de material.
Segundo a equipa, a estratégia acelera a transição do protótipo para aplicações comerciais, pois o mesmo fluxo de trabalho de otimização pode ser repetido em diferentes escalas e líquidos refrigerantes. A abordagem abre caminho para dissipadores personalizados conforme a potência térmica de cada componente eletrónico.
Imagem: TECNOLOGIA E INOVAÇÃO
Impacto potencial em infraestruturas de grande escala
Um data center com 1 gigawatt (GW) de potência computacional consome hoje cerca de 550 megawatts (MW) apenas para operar o seu sistema de arrefecimento a ar, elevando o gasto total para 1,55 GW. De acordo com Bazmi, a adoção dos dissipadores otimizados permitiria reduzir a necessidade de energia de refrigeração para 11 MW, mantendo o mesmo nível de desempenho térmico. A economia resultante teria impacto directo nas despesas operacionais e na pegada de carbono dessas instalações.
Além de servidores, a tecnologia pode beneficiar dispositivos menores, como placas gráficas, unidades de processamento dedicadas a inteligência artificial e até equipamentos não eletrónicos que requeiram trocas térmicas eficientes. Como o método de otimização baseia-se em objetivos de engenharia, basta ajustar os parâmetros para outras combinações de fluido, temperatura ou caudal.
Próximos passos e desafios de adoção
Apesar dos ganhos apontados, a difusão da inovação depende da capacidade de produção em escala da manufatura aditiva em cobre e do custo final do componente. A equipa trabalha agora na validação de protótipos maiores e na análise de durabilidade em ciclos térmicos prolongados, fatores decisivos para setores que exigem elevada fiabilidade operacional.
Se os resultados forem confirmados em ambiente industrial, o dissipador otimizado poderá estabelecer um novo padrão de eficiência térmica, reduzindo tanto o consumo energético quanto a emissão de calor residual em infraestruturas críticas.
