ABD’de geliştirilen lazerli soğutma sistemi, veri merkezlerinde %40’a varan enerji tasarrufu vadediyor. Lazerle serinleyen işlemciler veri merkezlerinin enerji krizine yanıt olabilir.
Veri merkezlerinde işlemcilerin oluşturduğu ısı, enerji tüketiminin neredeyse %40’ına neden oluyor. Bu yüksek enerji ihtiyacı, hem işletme maliyetlerini artırıyor hem de çevresel etkileri büyütüyor. Ancak ABD merkezli Sandia National Laboratories ile Minneapolis menşeli Maxwell Labs, bu soruna ışıkla çözüm bulmayı hedefliyor.
İki kurum, New Mexico Üniversitesi ile iş birliği içinde, çiplerin aşırı ısınan mikro bölgelerine lazerle müdahale eden yenilikçi bir “lazer tabanlı fotonik soğutma” sistemi geliştiriyor. Bu teknoloji, geleneksel su ve hava bazlı sistemlere göre daha az enerjiyle daha yüksek soğutma verimliliği vadediyor.
Çiplerdeki mikroskobik sıcak noktalar lazerle hedefleniyor
Mevcut sistemlerde çipler genellikle, içinden soğuk su geçen mikroskobik kanallara sahip bakır plakalara monte edilerek soğutuluyor. Maxwell Labs, bunun yerine lazer ışığını çipin yüzeyindeki sıcak noktalara doğrudan yönlendirecek “fotonik soğuk plakalar” geliştiriyor.
Bu plakalar, yarı iletken bir malzeme olan galyum arsenitten üretilecek ve kalınlığı bir milimetreden az olacak. Lazer ışığının soğutma etkisinin kaybolmaması için bu malzemenin neredeyse kusursuz saflıkta olması gerekiyor.
Sandia’nın deneyimi burada devreye giriyor. Kurum, ABD’nin nükleer stokları için kullanılan, yüksek saflıkta yarı iletken üretiminde onlarca yıllık deneyime sahip. Bu proje kapsamında da moleküler ışın epitaksisi (MBE – Molecular-Beam Epitaxy) yöntemiyle atomik düzeyde hassas kristal katmanlar üretecek.
Lazer teknolojisiyle çiplerden ısı uzaklaştırmak mümkün mü?
Genel kanının aksine, lazerler sadece ısıtma değil, belirli koşullarda soğutma da yapabiliyor. Lazer ışığı belirli bir frekansta, çok küçük ve son derece saf bir materyale odaklandığında atomlardan enerji emerek ısıyı uzaklaştırabiliyor.
Bu prensip daha önce antimaddeyi soğutmak, kuantum deneyler yapmak ve biyolojik örnekleri stabilize etmek gibi alanlarda kullanılmıştı. Şimdi ise bu teknoloji ilk kez, veri merkezlerindeki çipleri doğrudan serinletmek için test ediliyor.
Sandia’dan fizikçi Dr. Raktim Sarma, “Asıl ihtiyaç, birkaç yüz mikron büyüklüğündeki sıcak bölgeleri soğutmak. Tüm bir işlemciyi değil, sadece ısınan noktaları hedef alıyoruz” diyor.
Soğutma kısıtlamalarından kurtulan işlemciler daha verimli çalışacak
Isınan çipler, performansı düşürmemek için işlem hızlarını otomatik olarak sınırlandırmak zorunda kalıyor. Bu da “termal kısıtlama” (thermal throttling) olarak biliniyor. Lazer tabanlı sistemlerle bu tür sınırlamaların önüne geçilerek işlemcilerin daha yüksek performansla ve uzun süre çalışabilmesi sağlanabilecek.
Maxwell Labs CEO’su Jacob Balma, “Işık sayesinde ısıyı yalnızca uzamsal olarak değil, optik zaman ölçeklerinde de kontrol edebiliyoruz. Bu durum, çip tasarımında köklü değişimlerin önünü açabilir,” diyor.
Üstelik lazer soğutma ile açığa çıkan ısının bir kısmı geri dönüştürülebilir. Maxwell Labs, bu ısıyı yeniden elektriğe çevirerek enerji geri kazanımı sağlayabilecek yeni paradigmalara kapı aralayabileceğini belirtiyor.
Yüksek enerji talebi veri merkezlerini ekonomik ve çevresel krizle karşı karşıya bırakıyor
Günümüzde veri merkezleri, küresel internet altyapısının kalbini oluşturuyor. E-posta, yapay zeka, sosyal medya, video akışı gibi pek çok dijital hizmet, bu merkezlerdeki sunucular tarafından işleniyor. Ancak tüm bu işlemler ciddi miktarda ısı üretiyor ve dolayısıyla soğutma ihtiyacını artırıyor.
ABD Enerji Bakanlığı verilerine göre, büyük veri merkezlerinde harcanan enerjinin %30 ila %40’ı yalnızca soğutma sistemlerine gidiyor. Bazı bölgelerde ise bu sistemler için gerekli olan su miktarı yerel kaynakları zorlayacak düzeyde olabiliyor.
Türkiye’de ise özellikle yaz aylarında İstanbul, Ankara ve İzmir gibi kentlerde artan sıcaklık, veri merkezi işletmecilerini zorluyor. Öte yandan İç Anadolu ve Güneydoğu Anadolu’daki su kıtlığı, geleneksel soğutma sistemlerini sürdürülebilir olmaktan uzaklaştırıyor.
Bu nedenle enerji verimli çözümler, sadece ekonomik değil aynı zamanda çevresel sürdürülebilirlik açısından da stratejik önem taşıyor.
Geliştirilen teknoloji yüksek hassasiyetli ortaklıklarla ilerliyor
Projeye dair teknik tasarımlar Maxwell Labs tarafından geliştiriliyor. Sandia, galyum arsenit yapılarını üretirken, New Mexico Üniversitesi ise prototiplerin termal performansını analiz ediyor.
Araştırma “CRADA” (Cooperative Research and Development Agreement) kapsamında yürütülüyor. Sadece 2024 mali yılında Sandia, bu türden 72 yeni ortaklık anlaşması imzalayarak tarihindeki en yoğun ikinci yılına imza attı.
Princeton Üniversitesi profesörlerinden ve Maxwell Labs CTO’su Dr. Alejandro Rodriguez, “Bu proje, fotonik, elektronik ve malzeme bilimi gibi birçok disiplini aynı çatı altında birleştiriyor. Sandia gibi vizyon sahibi ortaklarla çalışmak bu nedenle kritik” diyerek iş birliğinin önemine dikkat çekiyor.
Lazerle soğutmanın geleceği: Veri işlemde yeni bir çağın eşiğinde
Lazer tabanlı fotonik soğutma, yalnızca veri merkezlerinin enerji verimliliğini artırmakla kalmayabilir; aynı zamanda çip mimarisine ve yüksek performanslı bilgi işlem sistemlerine dair düşünme biçimimizi de kökten değiştirebilir. Lokalize, hızlı ve geri dönüştürülebilir bir soğutma sistemi, gelecekte daha kompakt, güçlü ve sürdürülebilir süper bilgisayarların önünü açabilir. Ayrıca, yapay zeka ve büyük veri analizine yönelik artan işlem gücü ihtiyacı göz önüne alındığında, bu tür yenilikçi soğutma teknolojileri, hem çevresel hem de teknolojik sürdürülebilirlik açısından stratejik bir rol oynayacak gibi görünüyor. Bu teknoloji, yalnızca çipleri değil, sürdürülebilir bilişim altyapısının geleceğini de şekillendirebilir.
İlgili Makaleler
- Yapay Zeka Veri Merkezlerinde Sıvı Soğutma ve Enerji Verimliliği
- Veri Merkezleri ve Sürdürülebilir Enerji Çözümleri IICEC Webinarı
- IICEC Raporu Enerji Verimliliği ve Türkiye İçin Kazanımlar
- Yapay Zeka ve Enerji Talebi IEA Raporu Türkiye Perspektifiyle
- Google, Veri Merkezleri İçin Jeotermal Enerjiye Yöneliyor
© 2025 Yeşil Haber