แผ่นระบายความร้อนด้วยน้ำสำหรับเครื่องคิดเลขแบบไมโครแชนเนล

แผ่นระบายความร้อนด้วยน้ำสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์เป็นส่วนประกอบแลกเปลี่ยนความร้อนที่เป็นโลหะซึ่งติดตั้งโดยตรงบนชิปฟลักซ์ความร้อนสูง เช่น CPU และ GPU มีช่องการไหลภายในที่มีความแม่นยำ ซึ่งจะระบายความร้อนออกจากชิปอย่างรวดเร็วโดยใช้น้ำปราศจากไอออนหมุนเวียนหรือสารหล่อเย็นแบบพิเศษ จากนั้นความร้อนจะกระจายผ่าน CDU (หน่วยกระจายน้ำหล่อเย็น) และเครื่องทำความเย็นแบบแห้งกลางแจ้ง ก่อให้เกิดระบบทำความเย็นแบบวงปิด

ต้องใช้จาระบีระบายความร้อนประสิทธิภาพสูงหรือวัสดุเปลี่ยนเฟส (TIM) กับส่วนต่อประสานหน้าสัมผัส อุปกรณ์จับยึดทำให้อัตราส่วนหน้าสัมผัสสูงกว่า 95% โดยควบคุมความต้านทานความร้อนที่ ≤0.05 °C/W

• แผ่นทำความเย็นครีบ / ไมโครช่องแบบ Skived:ไมโครช่องหรือครีบขนาด 0.1-1 มม. ได้รับการกลึงอย่างแม่นยำหรือแกะสลักบนพื้นผิวทองแดงหรืออะลูมิเนียม มีพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนขนาดใหญ่และมีความต้านทานความร้อนต่ำ (ต่ำถึง 0.02 °C/W) MLCP (แพ็คเกจรวมแผ่นทำความเย็นแบบ Microchannel) ผสานรวมแผ่นทำความเย็นเข้ากับชิป IHS เพิ่มเติม โดยกำจัดชั้น TIM ระดับกลาง และลดความต้านทานความร้อนได้มากกว่า 40% เหมาะสำหรับ GPU/CPU ขนาด 1500-2000 W
• แผ่นระบายความร้อนแบบฝังท่อ:ท่อทองแดงถูกฝังอยู่ในร่องที่บดแล้วบนแผ่นฐานและปิดผนึกด้วยการเชื่อม ค่าใช้จ่ายต่ำกว่าประเภทไมโครช่องสัญญาณประมาณ 30% ทำให้เหมาะสำหรับโหนดทั่วไปที่มีกำลังปานกลางถึงสูง แม้ว่าจะมีความต้านทานความร้อนเฉพาะที่สูงกว่าเล็กน้อยก็ตาม
• แผ่นทำความเย็นที่พิมพ์แบบ 3 มิติ:ผลิตผ่านเทคโนโลยี SLM โดยใช้โลหะผสมทองแดงพร้อมช่องการไหลที่ปรับให้เหมาะสมตามโทโพโลยี สามารถปรับแต่งช่องสัญญาณที่ซับซ้อนได้ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายความร้อนได้ถึง 30% แต่ต้นทุนการผลิตจำนวนมากจะจำกัดการใช้ส่วนประกอบของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ปรับแต่งเอง
• แผ่นระบายความร้อนแบบเป่า / อัด:ต้นทุนต่ำและความเร็วในการผลิตสูง แต่ประสิทธิภาพเชิงความร้อนจำกัด โดยทั่วไปจะไม่ใช้สำหรับชิปประมวลผลหลัก

• วัสดุ:ทองแดง (ค่าการนำความร้อน 401 W/(m*K) เหมาะสำหรับการแลกเปลี่ยนความร้อน) อลูมิเนียม (น้ำหนักเบาและต้นทุนต่ำสำหรับส่วนประกอบเสริม) รุ่นระดับไฮเอนด์ใช้โลหะผสมทองแดง-ทังสเตนเพื่อสร้างสมดุลของการนำความร้อนและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อน
• การปิดผนึกและความปลอดภัย:โอริงคู่ + การประสานสุญญากาศ อัตราการรั่วไหล < 10⁻⁶ มล./ชม. ติดตั้งเซ็นเซอร์วัดแรงดัน/ของเหลวรั่วไหล และวาล์วปิดอัตโนมัติ
• สารหล่อเย็น:น้ำปราศจากไอออน (ต้นทุนต่ำ ความจุความร้อนจำเพาะสูง) น้ำ-ไกลคอล (สารป้องกันการแข็งตัว) น้ำมันฟลูออริเนตแบบอิเล็กทรอนิกส์ (เป็นฉนวน สำหรับการใช้งานที่ไวต่อการรั่วไหล)
• CDU และการควบคุม:ความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิ ±0.5 °C อัตราการไหลที่ปรับได้เพื่อหลีกเลี่ยงความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากเกินไประหว่างชิป
• ประสิทธิภาพการระบายความร้อน:ความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนสูงถึง 100 วัตต์/ซม.²+ ความแตกต่างของอุณหภูมิพื้นผิวชิป < 5 °C

Summit / Sierra (ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge / Lawrence Livermore, สหรัฐอเมริกา):ใช้การระบายความร้อนแบบไฮบริดพร้อมการระบายความร้อนโดยตรงสำหรับ CPU และ GPU ทั้งหมด แผ่นทำความเย็นรองรับภาระความร้อนได้ 90% อุณหภูมิของน้ำหล่อเย็นเกิน 40 °C ช่วยลดการใช้พลังงานของระบบได้อย่างมาก

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ระดับ Exascale ในประเทศเจเนอเรชั่นใหม่:ใช้การระบายความร้อนด้วยของเหลวแผ่นเย็นกันอย่างแพร่หลาย บางรุ่นใช้ MLCP และการทำความเย็นแบบสองเฟส (การดูดซับความร้อนแบบเดือดของของเหลวเปลี่ยนเฟส) ปรับปรุงประสิทธิภาพการทำความเย็นเพิ่มเติม และลดการใช้พลังงานของปั๊มลง 30%-60%

• ต้นทุนและการผลิต:ช่องไมโครและ MLCP ต้องการความแม่นยำในการตัดเฉือนที่สูงมาก และผลผลิตจะส่งผลโดยตรงต่อต้นทุน
• การซ่อมบำรุง:การทำงานในระยะยาวต้องใช้น้ำหล่อเย็นที่มีความบริสุทธิ์สูงและท่อที่สะอาดเพื่อป้องกันการกัดกร่อนและความเปรอะเปื้อน
• แนวโน้ม:การบูรณาการแผ่นทำความเย็นและบรรจุภัณฑ์ชิป การทำความเย็นแบบสองเฟส โซลูชันการแช่แบบไฮบริด + แผ่นความเย็น และการควบคุมเชิงคาดการณ์ด้วย AI สำหรับการไหลและอุณหภูมิของ CDU