คำจำกัดความหลักและหลักการทำงาน

โครงสร้างหลักและกระบวนการผลิต

• แผ่นระบายความร้อนแบบครีบที่ถูกโกน / ไมโครแชนเนล (กระแสหลักสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์): ไมโครแชนเนลหรือครีบขนาด 0.1-1 มม. ถูกผลิตขึ้นอย่างแม่นยำหรือแกะสลักบนพื้นผิวทองแดงหรืออลูมิเนียม มีพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนขนาดใหญ่และความต้านทานความร้อนต่ำ (ลดลงถึง 0.02 °C/W) MLCP (Microchannel Cooling Plate Integrated Package) ยังรวมแผ่นระบายความร้อนเข้ากับ IHS ของชิป ขจัดชั้น TIM ระหว่างกลาง และลดความต้านทานความร้อนลงกว่า 40% เหมาะสำหรับ GPU/CPU 1500-2000 W
• แผ่นระบายความร้อนแบบฝังท่อ: ท่อทองแดงถูกฝังในร่องที่กัดบนแผ่นฐานและปิดผนึกด้วยการเชื่อม ต้นทุนต่ำกว่าประเภทไมโครแชนเนลประมาณ 30% ทำให้เหมาะสำหรับโหนดทั่วไปที่มีกำลังปานกลางถึงสูง แม้ว่าจะมีความต้านทานความร้อนเฉพาะที่สูงกว่าเล็กน้อย
• แผ่นระบายความร้อนแบบพิมพ์ 3 มิติ: ผลิตด้วยเทคโนโลยี SLM โดยใช้อัลลอยด์ทองแดงที่มีช่องทางการไหลที่ปรับให้เหมาะสมกับโทโพโลยี สามารถปรับแต่งช่องทางที่ซับซ้อนได้ เพิ่มประสิทธิภาพการกระจายความร้อนขึ้น 30% แต่ต้นทุนการผลิตจำนวนมากที่สูงจำกัดการใช้งานสำหรับส่วนประกอบซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ปรับแต่งเอง
• แผ่นระบายความร้อนแบบเป่า / อัดรีด: ต้นทุนต่ำและความเร็วในการผลิตสูง แต่ประสิทธิภาพทางความร้อนมีจำกัด โดยทั่วไปไม่ได้ใช้สำหรับชิปประมวลผลหลัก

ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคหลักและการสนับสนุนระบบ

• วัสดุ: ทองแดง (ค่าการนำความร้อน 401 W/(m·K) เป็นที่นิยมสำหรับการแลกเปลี่ยนความร้อน) อลูมิเนียม (น้ำหนักเบาและต้นทุนต่ำสำหรับส่วนประกอบเสริม) รุ่นระดับไฮเอนด์ใช้อัลลอยด์ทองแดง-ทังสเตนเพื่อสร้างสมดุลระหว่างค่าการนำความร้อนและสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน
• การปิดผนึกและความปลอดภัย: O-ring คู่ + การบัดกรีแบบสุญญากาศ อัตราการรั่วไหล < 10⁻⁶ มล./ชม. พร้อมเซ็นเซอร์วัดแรงดัน / การรั่วไหลของของเหลว และวาล์วปิดอัตโนมัติสารหล่อเย็น
• : น้ำปราศจากไอออน (ต้นทุนต่ำ ความจุความร้อนจำเพาะสูง) น้ำ-ไกลคอล (สารป้องกันการแข็งตัว) ของเหลวฟลูออริเนตอิเล็กทรอนิกส์ (เป็นฉนวน สำหรับการใช้งานที่ไวต่อการรั่วไหล)CDU และการควบคุม
• : ความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิ ±0.5 °C อัตราการไหลที่ปรับได้เพื่อหลีกเลี่ยงความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากเกินไประหว่างชิปประสิทธิภาพทางความร้อน
• : ความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อนสูงถึง 100 W/cm²+, ความแตกต่างของอุณหภูมิพื้นผิวชิป < 5 °Cการใช้งานซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทั่วไปSummit / Sierra (Oak Ridge / Lawrence Livermore National Laboratory, USA)

: ใช้การระบายความร้อนแบบไฮบริดพร้อมการระบายความร้อนโดยตรงสำหรับ CPU และ GPU ทั้งหมด แผ่นระบายความร้อนรองรับภาระความร้อน 90% อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นสูงกว่า 40 °C ช่วยลดการใช้พลังงานของระบบได้อย่างมาก

• ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ระดับ exascale ในประเทศรุ่นใหม่ (เช่น รุ่นต่อจาก Sunway, Tianhe): ใช้การระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบ cold plate อย่างแพร่หลาย บางรุ่นใช้ MLCP และการระบายความร้อนแบบสองเฟส (การดูดซับความร้อนจากการเดือดของของเหลวเปลี่ยนเฟส) ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนและลดการใช้พลังงานปั๊มลง 30%-60%
• ความท้าทายและแนวโน้มการพัฒนาต้นทุนและการผลิต

: ไมโครแชนเนลและ MLCP ต้องการความแม่นยำในการผลิตที่สูงมาก และผลผลิตส่งผลโดยตรงต่อต้นทุน

• การบำรุงรักษา: การทำงานระยะยาวต้องการความบริสุทธิ์ของสารหล่อเย็นสูงและท่อที่สะอาดเพื่อป้องกันการกัดกร่อนและการอุดตัน
• แนวโน้ม: การรวมแผ่นระบายความร้อนและบรรจุภัณฑ์ชิป การระบายความร้อนแบบสองเฟส โซลูชันแบบผสมผสานระหว่างการแช่และการใช้ cold plate และการควบคุมแบบคาดการณ์โดยใช้ AI สำหรับการไหลและอุณหภูมิของ CDU