Технология гибридной холодной пластины: улучшение охлаждения чипов искусственного интеллекта за счет двухфазного теплового перехода

С быстрым развитием технологий искусственного интеллекта решения для охлаждения чипов с высоким энергопотреблением становятся все более важными. В этом исследовании рассматривается разработка и оценка производительности гибридных охлаждающих пластин, сочетающих жидкостное охлаждение с технологией двухфазного термоперехода, что обеспечивает значительный скачок в эффективности управления температурным режимом.

Понимание гибридных холодных пластин

Гибридные холодные плиты — это инновационные решения для охлаждения, объединяющие жидкостное охлаждение с технологией двухфазного термоперехода. Эта комбинация использует сильные стороны как тепловых трубок, так и паровых камер, которые являются важными компонентами конструкции радиатора, эффективно управляя теплом посредством цикла фазового перехода испарения и конденсации.

Ключевые особенности и преимущества

• Эффективность быстрой теплопроводности: Тепло в парообразном состоянии передается от горячего конца к холодному со скоростью, близкой к скорости звука.

• Экстремальная способность теплопередачи: Когда циклы испарения и конденсации внутренней жидкости достигают идеального баланса, теоретически холодная пластина может непрерывно переносить бесконечное количество тепла. Достижение этого баланса является идеальным рабочим состоянием для элементов двухфазного потока.

Преодоление технических проблем в области водяного охлаждения: путь к гибридным холодным пластинам

При решении технических проблем, связанных с водяным охлаждением процессоров высокой плотности, стало очевидно, что необходимы новые технологические решения. Изучив обширную исследовательскую литературу по пластинам водяного охлаждения ЦП, мы определили, что на производительность этих пластин влияют несколько ключевых факторов:

1. Асурс (Область источника тепла)

2. Аплита (область опорной плиты)

3. 入 (параметр соотношения площади)

4. Ro (термическое сопротивление пластины водяного охлаждения)

Из диаграмм моделирования теплопередачи и потока жидкости компьютерной модели становится ясно, что эти четыре фактора в различной пропорции вносят вклад в общую производительность. Среди них наиболее важной областью для оптимизации оказалось диффузионное термическое сопротивление (Rsp) основания холодной пластины. Это открытие показало, что если бы мы могли улучшить диффузионные характеристики базовой пластины, мы могли бы эффективно решить проблему высокой плотности тепла.

Разработка гибридной холодильной плиты

Вооружившись этим пониманием, мы приступили к разработке нового технологического решения, которое объединило бы технологию двухфазного термоперехода с микроканальной технологией. Это нововведение привело к созданию того, что мы сейчас называем гибридная холодная плита.

Основываясь на 15-летнем опыте разработки радиаторов и охлаждающих пластин, наша команда определила четкие спецификации для этой новой охлаждающей пластины. Следующим шагом была разработка и прототипирование двух версий: одна представляла собой традиционную микроканальную охлаждающую пластину, а другая — нашу недавно разработанную гибридную охлаждающую пластину.

Образцы №1-№6 представляют собой холодную пластину гибридного типа, заполненную водой на 92%-127%, а образец №7 представляет собой микроканальную холодную пластину.

Оценка производительности гибридных холодных пластин

Как только прототипы были готовы, мы провели тщательную оценку производительности, чтобы сравнить эффективность и результативность этих разработок.

Тест на сопротивление потоку

Семь образцов холодных пластин были подключены к насосной системе, подающей воду со скоростью потока 0,8/1,2/1,5 л/мин. Значения сопротивления потоку записывались следующим образом:

Результаты показывают, что все образцы холодных пластин имеют очень похожее сопротивление потоку, демонстрируя постоянство характеристик.

Тест на тепловые характеристики

• Условия тестирования:

• Температура окружающей среды: 26-28°С

• Жидкость: Чистая вода

• Скорость потока: 1,2 л/мин

• Температура воды на входе: 28°С

• Контактная поверхность фиктивного нагревателя: 20х20мм

• Тепловая нагрузка: 200/350/500/650 Вт

Результат тестирования:

Тестирование тепловых характеристик показало, что величина впрыска воды в паровую камеру существенно влияет на максимальную мощность теплопередачи (Q-max). Например, образец №3 высыхал при тепловой нагрузке 450 Вт, а образец №2 – при мощности 550 Вт. Образцы №4 и №6 продемонстрировали наилучшие характеристики при тепловой нагрузке более 300 Вт.

Заключение

Результаты испытаний показывают, что благодаря точной настройке значения впрыска воды гибридная охлаждающая пластина может превзойти обычные микроканальные охлаждающие пластины с точки зрения тепловых характеристик. Это продвижение делает гибридные холодные плиты превосходный вариант для охлаждения мощных AI-чипов.

Уиншер Термал — профессиональный поставщик решений для жидкостного охлаждения. Если вам нужна поддержка в разработке тепловых комплектов, посетите наш веб-сайт или напишите нам по адресу gavin@winsharethermal.com.