Süper Hesaplayıcı Su Soğutma Plağı Mikro Kanal Sıvı Soğutma Plağı

Süper bilgisayarlar için su soğutma plakası, CPU'lar ve GPU'lar gibi yüksek ısı akışına sahip çiplerin üzerine doğrudan monte edilen metal bir ısı değişim bileşenidir. Dolaşan deiyonize su veya özel soğutucu kullanarak talaşlardan ısıyı hızla uzaklaştıran hassas dahili akış kanalları içerir. Isı daha sonra bir CDU (Soğutma Sıvısı Dağıtım Birimi) ve dış mekan kuru soğutucuları aracılığıyla dağıtılarak kapalı devre bir soğutma sistemi oluşturulur.

Kontak arayüzüne yüksek performanslı termal gres veya faz değişim malzemeleri (TIM) uygulanmalıdır. Armatürler %95'in üzerinde bir temas oranı sağlar ve termal direnci ≤0,05 °C/W'a kadar kontrol eder.

• Kıvrımlı kanatçık / mikrokanal soğutma plakaları:0,1-1 mm'lik mikrokanallar veya kanatçıklar hassas şekilde işlenir veya bakır veya alüminyum yüzeylere kazınır. Geniş ısı değişim alanlarına ve düşük termal dirence (0,02 °C/W'ye kadar) sahiptirler. MLCP (Mikrokanal Soğutma Plakası Entegre Paketi), soğutma plakasını çip IHS ile daha da entegre ederek ara TIM katmanını ortadan kaldırır ve termal direnci %40'tan fazla azaltır; 1500-2000 W GPU'lar/CPU'lar için uygundur.
• Boruya gömülü soğutma plakaları:Bakır borular taban plakasındaki frezelenmiş oluklara gömülür ve kaynakla kapatılır. Maliyetler mikrokanal tiplerine göre yaklaşık %30 daha düşüktür, bu da onları orta ila yüksek güçlü genel düğümler için uygun kılar, ancak biraz daha yüksek yerel termal dirence sahiptir.
• 3D baskılı soğutma plakaları:Topoloji açısından optimize edilmiş akış kanallarına sahip bakır alaşımları kullanılarak SLM teknolojisiyle üretilir. Karmaşık kanallar özelleştirilebilir, bu da ısı dağıtım verimliliğini %30 artırır, ancak yüksek seri üretim maliyetleri, özelleştirilmiş süper bilgisayar bileşenlerinin kullanımını sınırlamaktadır.
• Üflemeli / ekstrüzyonlu soğutma plakaları:Düşük maliyet ve yüksek üretim hızı, ancak sınırlı termal performans; genellikle çekirdek bilgi işlem çipleri için kullanılmaz.

• Malzemeler:Bakır (ısı iletkenliği 401 W/(m*K), ısı değişimi için tercih edilir), alüminyum (hafif ve yardımcı bileşenler için düşük maliyetli). Üst düzey modeller, termal iletkenliği ve termal genleşme katsayısını dengelemek için bakır-tungsten alaşımları kullanır.
• Sızdırmazlık ve güvenlik:Çift O-halkaları + vakum lehimleme, sızıntı oranı < 10⁻⁶ mL/saat. Basınç / sıvı kaçağı sensörleri ve otomatik kapatma vanaları ile donatılmıştır.
• Soğutucu maddeler:Deiyonize su (düşük maliyetli, yüksek özgül ısı kapasitesi), su glikol (antifriz), elektronik florlu sıvı (yalıtım, sızıntıya duyarlı uygulamalar için).
• CDU ve kontrol:Sıcaklık kontrol doğruluğu ±0,5 °C, talaşlar arasında aşırı sıcaklık farklarını önlemek için ayarlanabilir akış hızı.
• Termal performans:100 W/cm²+'ye kadar ısı akısı yoğunluğu, talaş yüzeyi sıcaklık farkı < 5 °C.

Zirve / Sierra (Oak Ridge / Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı, ABD):Tüm CPU'lar ve GPU'lar için doğrudan soğutmalı hibrit soğutmayı benimseyin. Soğutma plakaları ısı yükünün %90'ını karşılar. Soğutma suyu sıcaklığı 40 °C'yi aşarak sistemin enerji tüketimini büyük ölçüde azaltır.

Yeni nesil yerli exascale süper bilgisayarlar:Yaygın olarak soğuk plaka sıvı soğutmasını kullanın. Bazıları MLCP ve iki fazlı soğutmayı (faz değiştiren sıvıların kaynayan ısı emilimi) benimseyerek soğutma verimliliğini daha da artırır ve pompa güç tüketimini %30-%60 oranında azaltır.

• Maliyet ve üretim:Mikrokanallar ve MLCP, son derece yüksek işleme hassasiyeti gerektirir ve verim, maliyeti doğrudan etkiler.
• Bakım:Uzun süreli çalışma, korozyonu ve kirlenmeyi önlemek için yüksek soğutma sıvısı saflığına ve temiz boru hatlarına ihtiyaç duyar.
• Trendler:Soğutma plakaları ve çip paketlemenin entegrasyonu, iki fazlı soğutma, hibrit daldırma + soğuk plaka çözümleri ve CDU akışı ve sıcaklığı için yapay zeka tabanlı tahmine dayalı kontrol.