‘ฮีตซิงก์ไมโครแชนแนล’ ผลงานนศ.มจธ.คว้าเหรียญทองวิจัยแห่งชาติ

ในยุคที่ข้อมูลปริมาณมหาศาลทั้งจากดาต้าเซ็นเตอร์และระบบเอไอต้องถูกประมวลผลภายในเวลาเสี้ยววินาที “ความร้อน”ที่เกิดขึ้นในกระบวนการกลายเป็นอุปสรรคสำคัญของการพัฒนาเทคโนโลยี ความร้อนที่สะสมมากเกินไปจะทำให้หน่วยประมวลผลมีประสิทธิภาพลดลง ชิ้นส่วนต่างๆ ทำงานช้าลง หรืออาจเกิดความเสียหายถาวร ดังนั้นการจัดการความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพจึงเป็นกุญแจสำคัญของการพัฒนาเทคโนโลยีประมวลผลขั้นสูง

อาจารย์และนักศึกษาจากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) จึงร่วมกันพัฒนานวัตกรรมระบบระบายความร้อนแบบใหม่ ภายใต้ผลงาน "Open Microchannel Heat Sink for Innovative Data Center Cooling System" คว้ารางวัลเหรียญทองจากงานประกวดสิ่งประดิษฐ์และนวัตกรรมระดับนานาชาติ ประจำปี 2568 จัดโดยสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.)

ผลงานชิ้นนี้เป็นฝีมือของนักศึกษาชั้นปีที่ 4 ประกอบด้วย นายธนกร ธรรมศิรารักษ์ นายเกษร ทองอ่อน และนายตุลธร เดชสุภา ที่ได้พัฒนาต่อเนื่องภายใต้คำแนะนำของ ดร.ปกรณ์ วงษ์พรมมา และ ศ.ดร.สมชาย วงศ์วิเศษ ในฐานะอาจารย์ที่ปรึกษา โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบฮีตซิงก์ไมโครแชนเนล ที่สามารถระบายความร้อนได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูงขึ้น โดยเฉพาะในระบบที่ใช้พลังงานสูง เช่น ซีพียู ดาต้าเซ็นเตอร์ และชิปประมวลผล AI

หัวใจของเทคโนโลยีนี้คือ การออกแบบช่องทางการไหลขนาดไมโครแชนแนลแบบเปิดด้านบน (open microchannel) พร้อมผนังด้านข้างที่มีลักษณะเป็นร่อง เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสกับสารทำความเย็น ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นไอได้ดีขึ้น ซึ่งการเปลี่ยนเฟสดังกล่าวทำให้อัตราการถ่ายเทความร้อน (heat transfer rate) เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

“งานวิจัยกลุ่มนี้หลักๆ คือการพัฒนาฮีตซิงก์ที่ต้องการให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น งานวิจัยของเราก่อนหน้านี้ตัวฮีตซิงก์มีลักษณะเป็นช่องทางการไหลขนาดเล็กมาก หรือที่เรียกว่าไมโครแชนแนล ช่องทางการไหลของฮีตซิงก์จะเป็นแบบสี่เหลี่ยม ที่มีพื้นที่ผิวเรียบด้านข้างเป็นเส้นตรงไปตามแนวขอบของช่องทางไหล แต่เรามีแนวคิดที่จะพัฒนาประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้น จึงได้ออกแบบตัวร่องใหม่ ให้มีพื้นที่ผิวโค้งด้านข้าง เพื่อเพิ่มพื้นที่ในการแลกเปลี่ยนความร้อนให้มากขึ้น ซึ่งเราพบว่าการเปลี่ยนพื้นที่ผิวด้านข้างเป็นรูปทรงโค้ง มีผลต่อประสิทธิภาพชัดเจน ซึ่งสามารถระบายความร้อนได้ดีกว่าแบบเดิมสูงถึง 120%” นายธนกร ธรรมศิรารักษ์ กล่าวถึงแนวคิดงานวิจัย

ความสามารถในการระบายความร้อนปริมาณมากได้อย่างรวดเร็ว ไม่เพียงช่วยยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ แต่ยังส่งผลโดยตรงต่อความเสถียรของการประมวลผล เช่น หากซีพียูไม่สามารถลดอุณหภูมิได้ทัน อาจทำให้ความเร็วของหน่วยประมวลผลลดลง ดังนั้น นวัตกรรมนี้จึงถือเป็นการเพิ่มขีดความสามารถของอุปกรณ์ทั้งในด้านความเร็วและความทนทาน

“สารทำความเย็นที่เราเลือกใช้ก็เป็นส่วนสำคัญ เราเลือกใช้สารทำความเย็นชนิด R-513A เพราะมีค่า GWP (Global Warming Potential หรือศักยภาพในการก่อให้เกิดภาวะโลกร้อน) ที่ต่ำมาก เมื่อเทียบกับตัวอื่นๆ เรามองว่าในเมื่อเราจะทดลองแล้ว เราก็ควรใช้สารทำความเย็นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมให้มากที่สุด” นายเกษร ทองอ่อน อธิบายถึงความใส่ใจในสิ่งแวดล้อมของผู้วิจัย

ด้านนายตุลธร เดชสุภา กล่าวว่า เป้าหมายถัดไปของงานวิจัยนี้ คือการนำไปประยุกต์ใช้กับตัว CPU ซึ่งเป็นส่วนที่สร้างความร้อนมากที่สุดในคอมพิวเตอร์ และในอนาคตอาจจะไปใช้กับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ หรือคอมพิวเตอร์ที่ร้อนมากๆ ซึ่งต้องการระบบระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อให้การประมวลผลทำงานได้อย่างเต็มความสามารถ

“จุดแข็งของทีมนี้คือ ความกล้าคิด กล้าลอง และการต่อยอดจากงานเดิมอย่างมีหลักการ โดยเฉพาะการออกแบบร่องระบายความร้อนใหม่ที่เพิ่มประสิทธิภาพได้จริง ซึ่งอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแนวทางการออกแบบในอุตสาหกรรมได้ในอนาคต ซึ่งขณะนี้ทีมอยู่ระหว่างการยื่นจดสิทธิบัตร และมีแผนพัฒนาต่อยอดร่วมกับอุตสาหกรรม เพื่อทดสอบในระดับที่ใกล้เคียงของจริงมากยิ่งขึ้น” ดร. ปกรณ์ วงษ์พรมมา กล่าวเสริม

อีกหนึ่งในทีมวิจัย นายธนกร ธรรมศิรารักษ์ กล่าวว่า ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบันที่เราคาดการณ์ไว้ว่าในอนาคต พวกข้อมูลต่างๆ โดยเฉพาะ AI ที่ต้องการการประมวลผลและหน่วยความจำที่มากขึ้น จึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะต้องใช้ดาต้าเซิร์ฟเวอร์ หรือหน่วยประมวลผลข้อมูลที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งก็แลกมากับการสร้างความร้อนในปริมาณที่มากขึ้น

"เรามองว่าเมื่อจุดนี้จะเป็นปัญหาที่อาจจะเกิดขึ้นในอนาคต จึงเริ่มต้นหาวิธีแก้ปัญหาไว้ล่วงหน้า ซึ่งฮีตซิงก์ของเราจะเป็นหนึ่งในทางออกนั้น"ธนกรกล่าวสรุป