明尼苏达创新企业借激光技术助力数据中心节能减排

大型科技公司已承诺投入数百亿美元来建设数据中心，主要用于处理人工智能。

数据中心为社区带来了经济机会，但它们也遭到了越来越多市民的反对。越来越多的人开始关注这些数据中心在运营时需要多少电力和水。

从3M到nVent和Ecolab的公司都有产品和解决方案来保持数据中心的冷却，在一栋满是24小时运转机器的建筑中，这可是个大问题。

位于小加拿大的初创企业Maxwell Labs正在开发一种使用激光而非水来冷却芯片的技术。

“数据中心和人工智能面临三个主要问题，”该初创公司的联合创始人兼首席收入官Mike Karpe说。“能源、热量和性能。你知道，这在未来五年内会变得非常关键。”

Maxwell Labs表示，这项激光技术能节省能源，还能从如今超热、快速运行的人工智能计算芯片中释放出更多的计算能力。

Karpe于2020年与Jacob Balma和Alejandro Rodriguez共同创立了Maxwell Labs。

Rodriguez是普林斯顿大学电气与计算机工程教授，专注于光子学，他认为公司正处于商业化的边缘。他相信Maxwell Labs能在一年内推出一款产品。

“下一步就是扩大我们的团队，提升实验室的能力，然后专注于这个演示，”Rodriguez说。

该公司找到了相信这项技术潜力的投资者。

到目前为止，Maxwell Labs 已从机构和天使投资者那里筹集了450万美元，其中包括来自美国陆军作战能力发展指挥部陆军研究实验室、圣托马斯大学和能量技术中心公司联合项目中获得的50万美元。

现在，该公司正在进行一轮分为两部分的A轮融资，预计到1月能筹集500万美元，到2026年底能筹集2500万美元。

约6%的美国能源供应用于数据中心。目前提议的大规模数据中心建设可能会在2028年前将这一比例翻倍。

芯片制造商和数据中心通过采用冷却技术，在芯片性能和节能方面取得了进展，这些技术可以通过从空气冷却技术转向更高效的液体解决方案来保持芯片在最佳状态下运行。

空气和液体是导热冷却的类型。但卡尔佩将这种转变形容为一种权宜之计。

导热冷却方法是对整个芯片进行冷却。它们无法像激光那样精确地定位移动的微热点。

Maxwell Labs的方法依赖于光子学研究，即研究如何通过集成和微型化光学组件来控制微米和纳米尺度的光波长。

除了与罗德里格斯及其普林斯顿团队合作外，麦克斯韦实验室还与桑迪亚国家实验室和新墨西哥大学合作，研究在该系统中最适合的材料。

科学家们直到最近才开始探索激光用于冷却的合适条件。

“计算机芯片有个有趣的特点，就是它们的功率密度非常高，”巴尔马说，他是明尼苏达大学杜鲁斯分校的毕业生，曾在克雷公司和惠普企业工作。“它们是人类创造的功率密度最高的技术之一。”

这种功率密度转化为热量，已成为计算机芯片性能的限制因素。而快速且高温运行的人工智能芯片对电力和水的需求非常大，用于冷却芯片。

计算机芯片在工作时并不会均匀地加热。根据芯片被要求执行的任务，芯片上的单个晶体管在不同区域和不同水平上工作并加热，形成微热点。

麦克斯韦实验室利用先进的光学和激光，目标是找到这些移动的热点，并将热量转化为光，回收这些光并将其转化为电能。

巴尔马表示，一旦将热量转化为光，就可以回收这部分能量。

“在这种情况下，使用的光伏类型叫做激光功率转换器，”巴尔马说。“所以它们的效率不是20%或30%，而是80%到90%。”

这将使更多现有芯片能够同时工作，并为芯片设计师提供一个新的工具包，以推动更高的性能，同时显著降低能源需求。

这也是很经济的。

“它有可能完全覆盖数据中心的冷却成本，通过回收的废热，”巴尔马说。

麦克斯韦实验室相信，解锁更多计算机芯片能力的关键在于更高效地冷却芯片，利用光子学中的辐射特性以及导热冷却。

“从长远来看，如果你想让芯片跑得尽可能快，你还必须开始使用辐射来消除热量，”巴尔马说。

麦克斯韦实验室的技术距离在超大规模或数据中心层面投入使用还有很长的路要走。但卡尔佩和巴尔马相信，他们很快就能与寻求高投资回报的利基制造商或开发者合作。

该公司正在被催促尽快准备好原型，其中包括一位关键顾问亨利·纽曼，他在计算行业有40年的经验。纽曼在1980年代与克雷公司开始了他的职业生涯，曾在希捷担任首席技术官，并一直担任行业顾问。

纽曼几年前退休，并向妻子承诺，除非是能回馈行业的项目，否则他不会再开始新的项目。

当他在2023年与麦克斯韦实验室的合作伙伴会面时，他对这项技术深信不疑，成为了顾问和投资者。

纽曼赞扬巴尔马、卡尔佩和罗德里格斯始终保持在麦克斯韦的发展正轨上。他鼓励他们完成原型并向最大的芯片制造商展示。

他相信，一旦一家大型芯片制造商合作，其他制造商将迅速跟进。

“在过去两年里，他们取得了巨大的进展，”纽曼说。“我明显意识到这可能会改变人类。”

卡尔佩和巴尔马是在明尼苏达州圣弗朗西斯长大的时候认识的，他们非常希望将麦克斯韦实验室留在明尼苏达州，因为他们的家人都在这里。

纽曼和其他人认为，明尼苏达州与控制数据和克雷等公司的超级计算机的历史，以及当地芯片制造商Skywater和Polar Semiconductor，这个地区有很多技术人才可以利用。

麦克斯韦实验室试图解决的问题可能变得更加紧迫。

“我们不是说我们对计算能力的要求会减少，”明尼阿波利斯的Groove Capital合伙人里德·罗宾逊说，他是麦克斯韦实验室的首批机构投资者之一。

“所以对解决方案的渴望愈发明显，”他说。