Microsoft anuncia novo sistema de arrefecimento microfluídico de chips de IA três vezes mais eficaz

Lisboa, 01 de outubro de 2025 – Os chips utilizados em centros de dados para executar os mais recentes avanços em inteligência artificial (IA) geram muito mais calor do que as gerações anteriores de silício, e quem já teve o telemóvel ou o portátil a sobreaquecer sabe que os componentes eletrónicos não funcionam bem com temperaturas elevadas. Perante a crescente procura por IA e os novos designs de chips, a tecnologia de arrefecimento atual poderá limitar o progresso dentro de poucos anos.

Para ajudar a resolver este problema, a Microsoft testou, com sucesso, um novo sistema de arrefecimento que remove o calor até três vezes melhor do que as placas frias, uma tecnologia avançada de arrefecimento amplamente utilizada atualmente. Este sistema recorre à microfluídica, uma técnica que conduz o líquido refrigerante diretamente para o interior do silício, onde o calor é gerado. Canais microscópicos são gravados na parte traseira do chip de silício, criando sulcos que permitem ao líquido refrigerante fluir diretamente sobre o chip e remover o calor de forma mais eficiente. A equipa também utilizou IA para identificar as assinaturas térmicas únicas de cada chip e direcionar o refrigerante com maior precisão.

Os investigadores afirmam que a microfluídica poderá aumentar a eficiência e melhorar a sustentabilidade dos chips de IA da próxima geração. Atualmente, a maioria das GPU em funcionamento nos centros de dados são arrefecidas com placas frias, que estão separadas da fonte de calor por várias camadas, limitando a quantidade de calor que conseguem dissipar.

À medida que cada nova geração de chips de IA se torna mais potente, gera também mais calor. Dentro de cinco anos, “se continuarmos a depender fortemente da tecnologia tradicional de placas frias, ficamos bloqueados”, afirma Sashi Majety, gestora sénior de programas técnicos na área de Operações e Inovação na Cloud da Microsoft.

Neste contexto, a Microsoft conseguiu desenvolver um sistema de arrefecimento microfluídico integrado no chip, capaz de arrefecer eficazmente um servidor a executar serviços nucleares durante uma reunião simulada no Microsoft Teams. “A microfluídica permitirá designs mais densos em termos de potência, que viabilizam mais funcionalidades valorizadas pelos clientes e oferecem melhor desempenho em menos espaço”, refere Judy Priest, vice-presidente corporativa e diretora técnica de Operações e Inovação na Cloud da Microsoft. “Mas era necessário provar que a tecnologia e o design funcionavam, e o passo seguinte foi testar a fiabilidade”, acrescenta.

Os testes em laboratório revelaram que a microfluídica teve um desempenho até três vezes superior ao das placas frias na remoção de calor, dependendo das cargas de trabalho e das configurações envolvidas. A microfluídica também reduziu em 65% o aumento máximo de temperatura do silício dentro da GPU, embora este valor varie consoante o tipo de chip. A equipa acredita que esta tecnologia de arrefecimento avançada melhorará também a eficácia do uso de energia (PUE), um indicador-chave da eficiência energética de um centro de dados, e reduzirá os custos operacionais.

A microfluídica não é um conceito novo, mas torná-la funcional tem sido um desafio para o setor. “O pensamento sistémico é crucial no desenvolvimento de tecnologias como a microfluídica. É necessário compreender as interações entre sistemas — silício, refrigerante, servidor e centro de dados — para tirar o máximo partido da tecnologia”, explica Husam Alissa, diretor de tecnologia de sistemas na área de Operações e Inovação na Cloud da Microsoft.

Acertar nos sulcos já é difícil, uma vez que as dimensões dos microcanais são semelhantes às de um fio de cabelo humano, o que significa que não há margem para erro. Durante a prototipagem, a Microsoft colaborou com a startup suíça Corintis para utilizar IA na otimização de um design bioinspirado que arrefece os pontos quentes dos chips de forma mais eficiente do que os canais verticais, também testados. Este design assemelha-se às veias de uma folha ou às asas de uma borboleta, visto que a natureza é perita em encontrar os caminhos mais eficientes para distribuir o que é necessário.

A microfluídica exige mais do que um design inovador de canais. É um desafio de engenharia complexo, pelo que foi necessário garantir que os canais fossem suficientemente profundos para permitir a circulação adequada do líquido refrigerante sem obstruções, mas não tão profundos que enfraquecessem o silício ao ponto de se partir, tendo a equipa produzido quatro iterações de design no último ano.

A microfluídica exigiu também o desenvolvimento de um encapsulamento estanque para o chip, a formulação do melhor refrigerante, a experimentação de diferentes métodos de gravação e a criação de um processo passo a passo para integrar a gravação na produção dos chips.

Este avanço é um dos exemplos de como a Microsoft está a investir e a inovar na infraestrutura para responder à procura por serviços e capacidades de IA, sendo que a empresa planeia alocar mais de 30 mil milhões de dólares em investimento de capital neste trimestre.

Estes investimentos incluem o desenvolvimento da família de chips Cobalt e Maia, concebidos especificamente para executar cargas de trabalho da Microsoft e dos seus clientes de forma mais eficiente. Desde que a Microsoft implementou o chip Cobalt 100, tanto a empresa como os seus clientes têm beneficiado da sua capacidade de computação eficiente em termos energéticos, escalabilidade e desempenho.

Os chips são apenas uma peça do puzzle, já que o silício funciona dentro de um sistema complexo de placas, racks e servidores num centro de dados. A abordagem sistémica da Microsoft implica afinar cada componente para que todos funcionem em conjunto e maximizem o desempenho e a eficiência, e uma parte fundamental desse esforço é o desenvolvimento de técnicas de arrefecimento de nova geração, como a microfluídica.

Como próximo passo, a Microsoft continua a investigar como integrar o arrefecimento microfluídico nas futuras gerações dos seus chips proprietários e continuará também a colaborar com parceiros de fabrico e silício para levar a microfluídica à produção em larga escala nos seus centros de dados.

“O hardware é a base dos nossos serviços”, afirma Jim Kleewein, técnico especializado na área de Gestão Nuclear do Microsoft 365. “Todos temos interesse nessa base, na sua fiabilidade, custo, velocidade, consistência de comportamento e sustentabilidade, só para citar alguns. A microfluídica melhora todos esses aspetos: custo, fiabilidade, velocidade, consistência e sustentabilidade.”

Uma simples chamada no Microsoft Teams ilustra as vantagens que o arrefecimento microfluídico pode oferecer. O Teams não é um serviço único, mas um aglomerado de cerca de 300 serviços diferentes que funcionam em conjunto. Um conecta o utilizador à reunião, outro aloja a reunião, outro guarda o chat, outro funde os fluxos de áudio para que todos sejam ouvidos, outro grava, outro transcreve.

“Cada serviço tem características diferentes e sobrecarrega partes distintas do servidor”, explica Kleewein. “Quanto mais utilizado for um servidor, mais calor gera, o que faz sentido.”

Por exemplo, a maioria das chamadas no Teams começa à hora certa ou à meia hora. O controlador de chamadas fica muito ocupado cerca de cinco minutos antes e três minutos depois desses momentos, e pouco ocupado no restante tempo. Existem duas formas de lidar com picos de procura: instalar muita capacidade extra dispendiosa que não é usada na maior parte do tempo ou forçar os servidores a trabalhar mais intensamente, o que se chama overclocking. Como o overclocking aquece ainda mais os chips, não pode ser feito em excesso sob pena de os danificar.

“Sempre que temos cargas de trabalho irregulares, queremos poder fazer overclock. A microfluídica permitir-nos-ia fazêe-lo sem receio de derreter o chip, porque é um sistema de arrefecimento mais eficiente”, afirma Kleewein. “Há vantagens em termos de custo e fiabilidade. E de velocidade, porque podemos fazer overclock.”

A microfluídica faz parte de uma iniciativa mais abrangente da Microsoft para desenvolver técnicas de arrefecimento avançadas e otimizar cada componente da stack cloud. Tradicionalmente, os centros de dados têm sido arrefecidos com ar impulsionado por grandes ventoinhas, mas os líquidos conduzem o calor de forma muito mais eficiente do que o ar.

Uma das formas de arrefecimento líquido que a Microsoft já implementou nos seus centros de dados são as placas frias. Estas placas assentam sobre os chips, com líquido frio a circular através de canais internos nas placas para absorver o calor dos chips por baixo, sendo depois expelido como líquido quente para ser novamente arrefecido.

Os chips são encapsulados com várias camadas de materiais que ajudam a dissipar o calor dos pontos mais quentes e a protegê-los. No entanto, esses materiais funcionam também como isolantes, limitando o desempenho das placas frias ao reterem o calor e impedirem a entrada do frio. Prevê-se que as futuras gerações de chips otimizados para IA sejam ainda mais potentes e que atinjam temperaturas demasiado elevadas para serem arrefecidas apenas com placas frias.

Arrefecer os chips diretamente através de canais microfluídicos é muito mais eficiente não só na remoção do calor, mas também no funcionamento global do sistema. Com todas essas camadas de isolamento removidas e o refrigerante a tocar diretamente no silício quente, o líquido refrigerante já não precisa de estar tão frio para cumprir a sua função. Isso poupa energia que, de outra forma, seria necessária para arrefecer o líquido, e oferece um desempenho superior ao das placas frias. A tecnologia de microfluídica permite também uma utilização mais eficiente do calor residual.

A Microsoft pretende ainda otimizar as operações dos centros de dados através de software e outras abordagens. “Se o arrefecimento microfluídico conseguir usar menos energia para arrefecer os centros de dados, isso reduzirá a pressão sobre as redes elétricas das comunidades vizinhas”, afirmou Ricardo Bianchini, técnico especializado da Microsoft e vice-presidente corporativo da Azure, especializado em eficiência computacional.

O calor também impõe limites ao design dos centros de dados. Uma das vantagens de um centro de dados é que os servidores estão fisicamente próximos uns dos outros. A distância atrasa a comunicação entre servidores, algo que se designa por latência. Mas os servidores atuais só podem ser agrupados até certo ponto antes de o calor se tornar um problema. A microfluídica permitiria aumentar a densidade de servidores nos centros de dados, o que significa que estes poderiam aumentar a capacidade de computação sem necessidade de construir novos edifícios.

A microfluídica também tem potencial para abrir caminho a arquiteturas de chips completamente novas, como os chips 3D. Tal como colocar servidores próximos reduz a latência, empilhar chips reduz ainda mais. Este tipo de arquitetura 3D é difícil de construir devido ao calor que gera.

No entanto, a microfluídica leva o refrigerante extremamente perto do ponto de consumo de energia, pelo que “podemos fazer o líquido circular através do chip”, como seria o caso dos designs 3D, explicou Bianchini, o que exigiria um design microfluídico diferente, com pinos cilíndricos entre os chips empilhados, como pilares num parque de estacionamento de vários andares, com o líquido a circular à volta deles.

“Sempre que conseguimos fazer as coisas de forma mais eficiente e simplificada, isso abre oportunidades para novas inovações, onde podemos explorar novas arquiteturas de chips”, afirma Priest.

Eliminar o limite imposto pelo calor poderá também permitir mais chips num rack de centro de dados ou mais núcleos num chip, o que aumentaria a velocidade e permitiria centros de dados mais pequenos, mas mais potentes.

Ao demonstrar como técnicas de arrefecimento como a microfluídica podem ser aplicadas com sucesso, a Microsoft espera ajudar a abrir caminho para chips de próxima geração mais eficientes e sustentáveis em todo o setor.

“Queremos que a microfluídica se torne algo que todos façam, não apenas algo que nós fazemos”, conclui Kleewein. “Quanto mais pessoas a adotarem, mais depressa a tecnologia se desenvolverá, e melhor será para nós, para os nossos clientes, para todos.”

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