Supercalculator waterkoelplaat micro-kanaal vloeistofkoelplaat

Een waterkoelplaat voor supercomputers is een metalen warmtewisselingscomponent die rechtstreeks op chips met een hoge warmtestroom, zoals CPU's en GPU's, is gemonteerd. Het bevat nauwkeurige interne stroomkanalen die snel warmte van de spanen verwijderen met behulp van circulerend gedeïoniseerd water of speciaal koelmiddel. De warmte wordt vervolgens afgevoerd via een CDU (Coolant Distribution Unit) en droge buitenkoelers, waardoor een koelsysteem met gesloten lus ontstaat.

Op de contactinterface moeten hoogwaardig thermisch vet of faseveranderingsmaterialen (TIM) worden aangebracht. Armaturen garanderen een contactverhouding van meer dan 95% en regelen de thermische weerstand tot ≤0,05 °C/W.

• Geschaafde vin/microkanaal koelplaten:Microkanalen of vinnen van 0,1-1 mm worden nauwkeurig bewerkt of geëtst op koperen of aluminium substraten. Ze beschikken over grote warmtewisselingsoppervlakken en een lage thermische weerstand (tot 0,02 °C/W). MLCP (Microchannel Cooling Plate Integrated Package) integreert de koelplaat verder met de chip IHS, waardoor de tussenliggende TIM-laag wordt geëlimineerd en de thermische weerstand met meer dan 40% wordt verminderd, geschikt voor 1500-2000 W GPU's/CPU's.
• In buizen ingebedde koelplaten:Koperen buizen zijn ingebed in gefreesde groeven op de basisplaat en afgedicht door lassen. De kosten zijn ongeveer 30% lager dan die van microkanaaltypes, waardoor ze geschikt zijn voor algemene knooppunten met gemiddeld tot hoog vermogen, hoewel met een iets hogere lokale thermische weerstand.
• 3D-geprinte koelplaten:Geproduceerd via SLM-technologie met behulp van koperlegeringen met topologie-geoptimaliseerde stromingskanalen. Complexe kanalen kunnen worden aangepast, waardoor de efficiëntie van de warmteafvoer met 30% wordt verbeterd, maar de hoge massaproductiekosten beperken het gebruik tot op maat gemaakte supercomputercomponenten.
• Geblazen/geëxtrudeerde koelplaten:Lage kosten en hoge productiesnelheid, maar beperkte thermische prestaties; over het algemeen niet gebruikt voor kerncomputerchips.

• Materialen:Koper (thermische geleidbaarheid 401 W/(m*K), bij voorkeur voor warmte-uitwisseling), aluminium (lichtgewicht en goedkoop voor hulpcomponenten). Hoogwaardige modellen maken gebruik van koper-wolfraamlegeringen om de thermische geleidbaarheid en de thermische uitzettingscoëfficiënt in evenwicht te brengen.
• Afdichting & veiligheid:Dubbele O-ringen + vacuümsolderen, lekkagesnelheid < 10⁻⁶ ml/u. Uitgerust met druk-/vloeistoflekkagesensoren en automatische afsluiters.
• Koelmiddelen:Gedeïoniseerd water (goedkoop, hoge soortelijke warmtecapaciteit), waterglycol (antivries), elektronische gefluoreerde vloeistof (isolerend, voor lekgevoelige toepassingen).
• CDU & controle:Nauwkeurigheid temperatuurregeling ±0,5 °C, instelbare stroomsnelheid om overmatige temperatuurverschillen tussen chips te voorkomen.
• Thermische prestaties:Warmtefluxdichtheid tot 100 W/cm²+, temperatuurverschil chipoppervlak < 5 °C.

Summit / Sierra (Oak Ridge / Lawrence Livermore National Laboratory, VS):Kies voor hybride koeling met directe koeling voor alle CPU's en GPU's. Koelplaten verwerken 90% van de warmtebelasting. De koelwatertemperatuur overschrijdt de 40 °C, waardoor het energieverbruik van het systeem aanzienlijk wordt verminderd.

Binnenlandse exaschaal-supercomputers van de nieuwe generatie:Gebruik op grote schaal vloeistofkoeling met koude platen. Sommigen passen MLCP en tweefasige koeling toe (absorptie van kookwarmte van faseveranderingsvloeistoffen), waardoor de koelefficiëntie verder wordt verbeterd en het energieverbruik van de pomp met 30% -60% wordt verminderd.

• Kosten en productie:Microkanalen en MLCP vereisen een extreem hoge bewerkingsprecisie, en de opbrengst heeft rechtstreeks invloed op de kosten.
• Onderhoud:Voor langdurig gebruik zijn een hoge koelvloeistofzuiverheid en schone pijpleidingen nodig om corrosie en vervuiling te voorkomen.
• Trends:Integratie van koelplaten en chipverpakking, tweefasige koeling, hybride immersie- en koudeplaatoplossingen en op AI gebaseerde voorspellende controle voor CDU-stroom en temperatuur.