Raffreddare le GPU con i laser, l'esercito americano pronto a investire sulla nuova tecnologia

Qualche tempo fa vi abbiamo informato relativamente a Maxwell Labs, startup americana con radici scientifiche nei Sandia National Laboratories e nell'Università del New Mexico, impegnata nello sviluppo di un sistema di raffreddamento per chip basato su laser e arseniuro di gallio. La tecnologia, pensata per integrare i metodi tradizionali, si prefigge di raffreddare micro-zone dei processori (hotspot) e recuperare al contempo energia.

Ebbene, a distanza di qualche tempo, Maxwell Labs torna a far parlare di sé annunciando di aver ricevuto un finanziamento da 500.000 dollari nell'ambito del programma BEST START (Basic Energy Science to St. Thomas Applied Renewable Technologies). Il programma, supportato da DEVCOM ARL (Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory), Università di St. Thomas e Energetics Technology Center, è finalizzato alla validazione di tecnologie emergenti nel settore energetico e alla loro applicazione in scenari reali, compresi quelli militari.

L'investimento servirà a dimostrare l'efficacia della tecnologia di raffreddamento laser sviluppata da Maxwell Labs su sistemi GPU ad alta densità, con particolare attenzione ai carichi di lavoro tipici dell'HPC, dell'AI e del machine learning.

La tecnologia sviluppata da Maxwell Labs si basa su piastre fredde fotoniche in arseniuro di gallio ultrapuro, capaci di raffreddare selettivamente gli hotspot (aree critiche di accumulo termico nei chip, grandi pochi centinaia di micron) grazie a interazioni fotone-atomo che convertono calore in emissione luminosa, in presenza di un laser coerente. Grazie a microstrutture ottiche, il raggio laser viene diretto con precisione, massimizzando l'efficienza senza raffreddare l'intero componente.

Il sistema è costituito da un modulo completamente solido, privo di parti mobili o fluidi, e include una piastra fotonica, un laser pump e fibre ottiche per la distribuzione dell'energia ottica. Questa architettura lo rende particolarmente interessante in contesti dove l'affidabilità, l'efficienza e la miniaturizzazione sono fattori determinanti, come nelle applicazioni edge o aerospaziali.

Il sistema, ancora in fase di sviluppo, è stato finora validato attraverso simulazioni e test parziali, ma grazie al supporto dell'Università di St. Thomas, Maxwell potrà ora accedere a risorse avanzate come il Center for Advanced Manufacturing e il Center for Microgrid Research, oltre al contributo di studenti e ricercatori esperti in modellazione, sensori ottici ed elettrici.

Secondo Mike Karpe, co-fondatore e Chief Growth Officer di Maxwell Labs, la collaborazione con il mondo accademico e militare permetterà di accelerare i tempi di sviluppo e puntare alla commercializzazione su larga scala della tecnologia entro i prossimi anni.

Le possibili applicazioni sono numerose. In ambito militare, il raffreddamento laser può migliorare la gestione termica di sistemi radar, sensori avanzati, dispositivi edge e tecnologie aerospaziali. Nel mondo commerciale, i vantaggi includono un aumento della densità di calcolo nei datacenter, migliori prestazioni nelle operazioni di intelligenza artificiale e machine learning, minori costi energetici e maggiore affidabilità.

Un altro aspetto innovativo è il recupero energetico: secondo il CEO Jacob Balma, parte del calore disperso può essere riconvertita in elettricità grazie all'emissione fotonica dei materiali usati, aggiungendo ulteriore efficienza al sistema.

Le sfide non mancano. La produzione di arseniuro di gallio ultrapuro è costosa e complessa, e richiede tecniche avanzate come l'epitassia a fascio molecolare. Un wafer da 200 mm in GaAs può arrivare a costare circa 5.000 dollari, contro i 5 dollari di un wafer in silicio. Tuttavia, Maxwell Labs mira a realizzare un primo dimostratore entro l'autunno 2025, con l'obiettivo di avviare le prime consegne commerciali entro due anni.