с плотностью мощности на одной стойке более 30 кВт и тепловым потоком чипа более 1500 Вт/см2 в центрах обработки данных ИИ,Традиционное охлаждение воздухом (максимальный предел теплового потока ~ 100 Вт/см2) больше не может удовлетворять требованиям теплораспределения.
Микроканальные холодильные пластины расширяют площадь теплообмена в 10 раз и обеспечивают в 3 раза более высокую эффективность охлаждения, чем обычные жидкие холодильные пластины, снижая повышение температуры GPU на 65%.Эта технология может снизить PUE центра обработки данных ниже 1.1 с ультра-низким тепловым сопротивлением до 0,009 °C / W, стабильно поддерживая высокопроизводительные графические процессоры мощностью 1400 Вт. Он стал важным решением для охлаждения компьютерного оборудования высокой плотности.
В этой статье систематически классифицируются и сравниваются основные микроканальные холодные пластины, развернутые в центрах обработки данных, с четырех измерений: структура канала, форма поперечного сечения, уровень интеграции,и производственный процессМы также предоставляем быстрое руководство по выбору для инженерной реализации.
| Тип | Внешний вид и визуальные особенности | Структура ядра | Производственный процесс | Типичные сценарии применения |
|---|---|---|---|---|
| Параллельный прямой микроканал | Медная/алюминиевая металлическая отделка, равномерно расставленные прямые равномерные канавки | Одно- или многорядные прямоугольные каналы | Мельница высокоточная, сдвиг, экструзия | Стандартные процессоры, графические процессоры средней и низкой мощности, серверы с жидкостным охлаждением, холодильные пластинки для стойки |
| Серпентин / микроканал в форме S | Окончание из твердого металла, непрерывно сгибаемые каналы S/loop | Одно-/многоканальная сгибающаяся схема для расширения пути потока жидкости | Фрезерные, сплавные и штамповые работы | Высокопроизводительные графические процессоры, карты вывода ИИ, одноузловые высокопроизводительные стеллажи |
| Дерево / фрактальный микроканал | Ясная иерархическая структура ветвей, многоступенчатая диверсия Y/H, имитирующая кровеносные сосуды | Многоуровневая раздробленность мультипликатора Y/H для распределения потока по всей площади | Точная фрезировка, 3D-печать металлов, диффузионное склеивание | Суперкомпьютеры, 2,5D/3D сложенные чипы, высокопроизводительные кластеры обучения ИИ |
| Массив с микроприцепом | Плотное цилиндрическое/эллиптическое/алмазное выступание по поверхности с сильной выпукло-выпуклой текстурой | Основной субстрат, покрытый плотными штифтовыми крыльями, течение жидкости вокруг столбов | Фрезирование, фотолитография, 3D-печать, электроформация | Чипы с ультравысоким тепловым потоком (> 400 Вт/см2), память HBM, высокопроизводительные ускорители вычислений |
| Волнообразный / волнистый микроканал | Непрерывные боковые стенки каналов волны/зигзага вместо плоских прямых стен | Прямые каналы, модифицированные с волновыми/зубными внутренними стенками для повышения турбулентности | Формирование, фрезирование, экструзирование, литья | Чипы средней и высокой мощности, компактные холодовые пластины, краевые вычислительные устройства |
| Тип T / микроканалы с перекрестным разделением | Смешанная текстура сетки с частым расщеплением и слиянием потока | Периодическое разделение и сближение основных каналов для повторного нарушения жидкости | Фрезирование, многослойная сплав пластин | Модули высокой плотности, интегральные холодильные пластины с несколькими чипами |
| Тип поперечного сечения | Видный вид | Структурные характеристики | Производительность и применимость |
|---|---|---|---|
| прямоугольный | Квадратные вырезки с острыми краями, стандартный дизайн в отрасли | Регулируемое соотношение сторон, максимальная совместимость производства | Сбалансированная общая производительность, универсальная для почти всех коммерческих холодильных плит |
| Трапециевидный | Широкий верх, узкое дно, наклонные боковые стены | Лучшее сцепление с жидкостью, несколько меньшее падение давления, чем у прямоугольных каналов одинакового размера | Стандартные холодные пластины сервера с низким сопротивлением потока |
| Круговая / эллиптическая | Гладкие округлые внутренние стены без острых углов | Минимальное сопротивление потоку, без мертвых зон вихря | Большая скорость потока, низкое падение давления интегрированные холодовые плиты с трубопроводами |
| Шестиугольный | Плотное регулярное расположение соломы | Максимальное использование пространства, сильная жесткость конструкции | Компактные модули, встроенные микроканалы |
| Специально усиленный профиль | Внутренние стены с выпуклыми точками, канавками или растворенными дугами | Активное усиление турбулентности для улучшения теплопередачи | Специальные холодильные пластины, предназначенные для высокопроизводительного оборудования |
| Уровень интеграции | Форма фактора | Способ производства | Степень теплостойкости | Основные преимущества | Позиционирование приложения |
|---|---|---|---|---|---|
| Независимая внешняя микроканальная холодная пластина | Отдельная металлическая плита с входом/выходом, съемное стандартное оборудование | Медная/алюминиевая станковая обработка с помощью ЧПУ, сплав | Средний | Модульный дизайн, легкое обслуживание и замена, зрелые недорогие технологии | Дополнительная модернизация существующих центров обработки данных, общие серверы с жидкостным охлаждением |
| Микроканальная крышка (MLCP / уровень упаковки) | Интегрированные каналы потока, встроенные в чип IHS, такой же контур, как оригинальный стандартный тепловой крышка | Металлическая обработка композитных материалов, диффузионное связывание | Низкий | Устраняет один слой материала теплового интерфейса, сокращает путь передачи тепла | Заводская упаковка жидкостного охлаждения GPU/CPU нового поколения, высококлассные вычислительные карты |
| Микроканал с встроенным чипом | Микрошлюбы, выгравированные внутри кремниевой пластины/субстрата, крошечные невидимые каналы, общий вид как голый чип | Полупроводниковая фотолитография, глубокая кремниевая гравировка | Ультранизкий | Наиболее короткий путь передачи тепла, прямой контакт с источником тепла, максимальная производительность охлаждения | Передовые 3D-IC, чипы суперкомпьютеров, чипы вычислительных процессоров следующего поколения (лабораторные и небольшие испытания) |
| Технология производства | Материал и цвет поверхности | Текстура поверхности | Совместимые структуры каналов | Стоимость и мощность массового производства |
|---|---|---|---|---|
| Точное фрезирование / скольжение | Чистая медь (красный медный тон), алюминий (серебристый металлический) | Гладкая поверхность, прямые стены каналов, стандартная промышленная отделка | Прямые каналы, serpentine, трапециевидные/прямоугольные поперечные сечения | Низкая стоимость, высокая массовая производительность, наиболее распространенный промышленный процесс |
| Сплавление / диффузионное связывание | Многослойные сделанные насквозь медь/алюминий, серебристо-серый/красный медевидный оттенок, бесшовные соединения | Плоская поверхность пластинки с невидимыми швами сцепления | Многослойные композитные каналы, холодовые пластины большого формата | Средняя стоимость, идеально подходит для интегрированных модулей большой площади |
| Металлическая 3D-печать | Медь/нержавеющая сталь, матовая металлическая отделка, тонкая текстура печати в слоях | Видимые линии слоя печати, формируемые из одного куска для сложной геометрии | Фрактальные каналы, массивы уголков, нерегулярные извилистые пути потока | Высокая стоимость, ограниченная небольшими партиями индивидуальных продуктов |
| Кремниевая фотолитография / гравировка | Кремниевая подложка, серебристая зеркальная отделка | Ультрагладкие микронизовые прецизионные канавки | микроканалы с встроенным чипом | Процесс полупроводниковых пластин, только для высококачественных перспективных приложений |
- Стандартная компьютерная комната, приоритет затрат: параллельные прямые каналы + прямоугольное поперечное сечение + прецизионный фрезерный процесс
- Высокопроизводительные серверы ИИ, приоритетное равномерность температуры: серпентинные / волнистые микроканалы
- Сценарии сверхкомпьютеров с ультравысоким тепловым потоком: массив финиковых матриц / фрактальные микроканалы дерева
- Новый проект планирования упаковки чипов следующего поколения: MLCP интегрированная микроканальная крышка
-
Параллельный прямой микроканал (наиболее распространенный)
Внешний вид: Медная/алюминиевая металлическая поверхность, равномерно распределенные прямые равномерные канавки
Преимущества: простота изготовления, низкое падение давления, равномерное распределение жидкости
Применение: стандартные процессоры, обычные графические процессоры, общие серверы жидкостного охлаждения
-
Серпентин / микроканал в форме S
Внешний вид: непрерывно сгибаемые S/связанные петлевидные канавки
Преимущества: большая площадь теплообмена, равномерная температура чипа; недостаток: более высокое падение давления
Применение: высокопроизводительные графические процессоры, карты ускорителей выводов ИИ
-
Дерево / фрактальный микроканал (бионический сосудистый дизайн)
Внешний вид: многоступенчатая разветвленная иерархическая текстура Y/H
Преимущества: сверхравномерное распределение потока, мало горячих точек, минимальная разница температуры; недостатки: сложное производство
Применение: суперкомпьютеры, 2,5D/3D интегрированные чипы
-
Массив с микроприцепом (пористая структура)
Внешний вид: плотные цилиндрические / бриллиантовые выпуклые столбы с сильной выпукло-выпуклой поверхностью
Преимущества: Максимальная удельная площадь поверхности и наиболее сильный теплообмен; недостатки: склонность к засорению, высокое падение давления
Применение: чипы с ультравысоким тепловым потоком (> 400 Вт/см2), память HBM, высокопроизводительные ускорители ИИ
-
Волнообразный / волнистый микроканал
Внешний вид: волновые/зигзаговые неравномерные боковые стенки канала
Преимущества: повышенная турбулентность жидкости, увеличение теплопередачи на 20 ~ 40%; недостаток: повышенное падение давления
Применение: микросхемы средней и высокой мощности, компактные холодовые пластины небольшого размера
-
Тип T / микроканалы с перекрестным разделением
Внешний вид: сетка с разрозненным расположением с повторяющимся расщеплением и слиянием потока
Преимущества: неоднократно нарушает тепловой граничный слой для низкого теплового сопротивления; недостаток: неравномерное местное сопротивление потоку
Применение: упаковка с высокой плотностью, интегрированные холодильные пластины с несколькими чипами
- прямоугольный: квадратные острые вырезки, универсальный основной дизайн
- Трапецообразная: широкие верхние узкие нижние наклонные боковые стены, низкое давление, стандартная холодная плита
- Круговая / эллиптическая: гладкая округлая внутренняя стенка, низкое сопротивление для систем с большим потоком
- Шестиугольный: плотное расположение соломинки, компактные встроенные модули
- Специальный усиленный профиль: Внутренние выпуклые канавки и упрощенные изогнутые поверхности, индивидуальное охлаждение высокой мощности
-
Независимая внешняя микроканальная холодная пластина
Форма: самостоятельная металлическая плита с входом/выходом, съемное модульное оборудование
Преимущества: легкое техническое обслуживание, развитые недорогие технологии
Применение: модернизация устаревших центров обработки данных, серверы для общего охлаждения жидкостью
-
MLCP Крышка микроканалов на уровне упаковки
Форма: интегрированные каналы потока внутри теплораспределителя чипа, очертания идентичные стандартным IHS
Преимущества: Удаление одного слоя теплового интерфейса, меньшее тепловое сопротивление, комбинированная упаковка
Применение: высокопроизводительные графические процессоры нового поколения (например, серия NVIDIA Rubin)
-
Микроканал с встроенным чипом
Форма: гравированные в микроном масштабе канавки внутри кремниевой пластины/субстрата, невидимые невооруженным глазом
Преимущества: кратчайший путь передачи тепла, прямой контакт с источником тепла; недостатки: чрезвычайно сложное производство
Применение: передовые 3D-IC, чипы суперкомпьютеров, будущее высокоточное вычислительное оборудование
- Точная фрезерная обработка: Чистая медь (красный тон) / алюминий (серебряный цвет), гладкие плоские прямые стены каналов
- Бразировка и диффузионное скрепление: многослойный композит из меди/алюминия, бесшовная плоская поверхность пластинки
- Металлическая 3D-печать: медь/нержавеющая сталь матовой отделки, видимая текстура печати в слоях, сложное формирование канала из одной части
- Кремниевая фотолитография Этировка: серебристое зеркальное кремниевое покрытие, сверхтонкие микроновые внутренние канавки
