I dispositivi elettronici moderni, dai computer domestici ai data center per l’intelligenza artificiale, generano quantità significative di calore durante il loro funzionamento. Una gestione termica inefficace può compromettere le prestazioni, ridurre la durata dei componenti e aumentare il consumo energetico. Pertanto, la dissipazione del calore è diventata una sfida cruciale nell’industria tecnologica.
Tradizionalmente, il raffreddamento ad aria è stato il metodo più comune per gestire il calore nei dispositivi elettronici. Tuttavia, con l’aumento della potenza di calcolo e la miniaturizzazione dei componenti, questo approccio sta mostrando i suoi limiti. Le unità di elaborazione grafica (GPU) e le unità di elaborazione centrale (CPU) di ultima generazione, utilizzate in applicazioni come l’intelligenza artificiale e l’analisi dei big data, producono densità di potenza termica elevate che richiedono soluzioni di raffreddamento più efficienti.
Un nuovo approccio al raffreddamento hardware
In questo contesto, l’azienda italiana In Quattro Srl, co-fondata da Giuseppe Zummo, ricercatore presso l’ENEA, ha sviluppato un sistema di raffreddamento innovativo basato su un processo a due fasi che utilizza i principi di evaporazione e condensazione. Questo metodo, noto come Two-Phase Pumped Flow Cooling Solution, è in grado di rimuovere fino a 1000 watt di potenza termica da un singolo processore, utilizzando un flusso estremamente basso di 20 litri all’ora di liquido refrigerante per trasportare il calore lontano dal processore.
Il sistema di In Quattro si ispira alle tecnologie utilizzate nei reattori nucleari, dove l’evaporazione e la condensazione sono impiegate per gestire flussi termici estremamente elevati. Applicando questi principi al raffreddamento dei componenti elettronici, l’azienda è riuscita a sviluppare una soluzione che offre un’efficienza termica superiore rispetto ai metodi tradizionali.
Durante il CES 2024 di Las Vegas, In Quattro ha presentato una workstation per l’intelligenza artificiale dotata di quattro GPU e una CPU AMD Threadripper, tutte raffreddate con il loro sistema innovativo. Questo ha attirato l’attenzione di grandi aziende come HP, 3M e Lockheed Martin, interessate alle potenziali applicazioni di questa tecnologia. “Abbiamo parlato con aziende che vedono questa tecnologia come strategica”, ha confermato Zummo.
Le possibili applicazioni del sistema di raffreddamento di In Quattro vanno oltre l’informatica. Ad esempio, nel settore delle auto elettriche, gli inverter e le batterie generano una quantità significativa di calore che deve essere gestita efficacemente per garantire prestazioni ottimali e sicurezza. Inoltre, la tecnologia potrebbe essere utilizzata nelle stazioni di ricarica ad alta potenza, nei radar e in altri dispositivi elettronici di potenza.
Dal laboratorio al mercato: il ruolo di Area Science Park
Un ruolo chiave nello sviluppo e nella promozione di queste innovazioni è svolto da Area Science Park, un ente nazionale di ricerca che gestisce il parco scientifico e tecnologico di Trieste. Dal 1978, Area Science Park promuove lo sviluppo della ricerca scientifica e tecnologica e il trasferimento dei suoi risultati al mercato, supportando aziende come In Quattro nel portare le loro innovazioni sul mercato globale.
Il sistema di In Quattro non solo offre un’efficienza termica superiore, ma è anche progettato per essere ecologico, utilizzando una quantità minima di liquido refrigerante e riducendo il consumo energetico complessivo del sistema.
L’adozione di tali tecnologie potrebbe avere un impatto significativo su vari settori industriali. Ad esempio, nei data center, dove il raffreddamento rappresenta una parte significativa del consumo energetico totale, l’implementazione di sistemi di raffreddamento più efficienti potrebbe portare a risparmi energetici sostanziali e a una riduzione dell’impronta di carbonio.
L’innovazione italiana nel campo del raffreddamento hardware, rappresentata da aziende come In Quattro, sta aprendo nuove strade per la gestione termica dei dispositivi elettronici. Applicando principi derivati da settori come l’energia nucleare, queste soluzioni offrono un’efficienza superiore e rispondono alle crescenti esigenze di sostenibilità dell’industria tecnologica moderna.
In che senso “come le centrali nucleari”?
Quando si dice che il raffreddamento a due fasi sviluppato da In Quattro Srl funziona “come le centrali nucleari”, si fa riferimento alla dinamica del trasferimento di calore attraverso evaporazione e condensazione.
Nelle centrali nucleari, il calore generato dalla fissione viene assorbito da un fluido refrigerante, che evapora rimuovendo l’energia termica dal reattore. Il vapore prodotto viene poi raffreddato e condensato in un circuito separato, tornando allo stato liquido e completando il ciclo. Questo metodo consente di gestire temperature estremamente elevate in modo efficiente.
Il principio è lo stesso nel raffreddamento hardware sviluppato da In Quattro: il calore generato dalla CPU o GPU viene assorbito da un liquido refrigerante, che evapora portando via l’energia termica. Il vapore viene poi condensato in un’unità di raffreddamento separata, che disperde il calore all’esterno prima di rimettere il liquido in circolazione.
Rispetto ai sistemi tradizionali a liquido, questa soluzione garantisce un trasferimento di calore più efficace, riduce i consumi e migliora la stabilità termica dei componenti, rendendola adatta a GPU avanzate, data center e elettronica di potenza. Questo approccio, derivato dalle centrali nucleari, sta attirando l’interesse di aziende tecnologiche globali.
Differenze rispetto al dissipatore del PC di casa
Il raffreddamento a due fasi sviluppato da In Quattro Srl ha alcune somiglianze con le Vapor Chamber utilizzate nei PC consumer, ma si tratta di due tecnologie con approcci diversi al trasferimento del calore.
Il ciclo termico: evaporazione e condensazione
Sia il sistema di In Quattro che le Vapor Chamber sfruttano la transizione di fase per trasferire il calore. Nei dissipatori per PC gaming e workstation, la Vapor Chamber è una camera sigillata con un fluido a bassa pressione che evapora quando entra in contatto con la superficie calda (CPU o GPU). Il vapore si sposta verso zone più fredde, dove condensa rilasciando il calore, e poi torna alla zona calda grazie all’effetto capillare della struttura interna.
Questo è un sistema passivo, poiché non c’è una pompa attiva a forzare la circolazione del fluido. Il trasferimento termico avviene per capillarità e pressione differenziale, ed è efficace per dissipare fino a 300-500 W, a seconda del design.
Il sistema di In Quattro, invece, introduce un ciclo attivo con pompa meccanica. Qui il fluido refrigerante evapora a contatto con il calore, ma invece di affidarsi all’effetto capillare, viene pompato attraverso un circuito chiuso per condensarsi e tornare in circolo. Questo consente una maggior efficienza e una gestione del calore più precisa, con capacità di dissipazione superiori ai 1000 W, come richiesto dalle GPU Nvidia H100 e dalle CPU ad altissima densità energetica utilizzate nei data center AI.
Differenze con il raffreddamento a liquido nei PC
Un sistema AIO (All-In-One) o custom loop di raffreddamento a liquido per PC gaming funziona diversamente. Qui il liquido non cambia stato, ma assorbe il calore dalla CPU/GPU e lo trasporta a un radiatore, dove viene raffreddato dalle ventole. Questo metodo è efficace per dissipare il calore su un’area più ampia, ma ha un limite fisico: il fluido refrigerante non sfrutta il calore latente di vaporizzazione, quindi la capacità di assorbimento del calore è minore rispetto a un sistema a due fasi.
Nel raffreddamento a due fasi, invece, il fluido evapora e condensa continuamente, sfruttando il principio utilizzato nelle centrali nucleari per una dissipazione più efficiente. Questo permette di eliminare il calore più rapidamente rispetto ai loop tradizionali.
Portata termica e applicazioni
- Vapor Chamber per PC: Dissipa calore fino a 300-500 W, distribuisce il calore uniformemente su una superficie più ampia e funziona senza pompa. Ideale per laptop, GPU gaming e workstation.
- Liquid cooling per PC (AIO e custom loop): Dissipa 400-700 W nei sistemi consumer, utilizza una pompa meccanica per far circolare il liquido, ma non sfrutta il cambio di stato del refrigerante.
- Raffreddamento a due fasi di In Quattro: Dissipa oltre 1000 W, usa pompa meccanica per spingere il fluido nel ciclo di condensazione ed evaporazione, ideale per GPU AI, server e sistemi industriali.
Il vantaggio nei data center e nel mondo industriale
Un sistema come quello di In Quattro è pensato per ambienti dove il calore generato è troppo elevato per i dissipatori tradizionali. In un data center, ogni server può generare kilowatt di calore, e il raffreddamento ad aria o a liquido standard diventa insufficiente. Qui entra in gioco il raffreddamento a due fasi, che può dissipare più calore con meno energia, riducendo anche il consumo elettrico delle ventole e delle pompe di circolazione.
Questa tecnologia potrebbe avere applicazioni future nei PC enthusiast, ma per ora rimane una soluzione avanzata destinata a supercomputer, elettronica industriale e server AI.
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