Quando il raffreddamento a liquido diventa mainstream: il ruolo in evoluzione dei dissipatori di calore hardware nell'era dei data center
Con la potenza dei singoli armadi dei cluster di addestramento AI che superano i 50 kW o addirittura i 100 kW, la tecnologia di raffreddamento a liquido è indubbiamente diventata la protagonista della dissipazione del calore dei data center. Tuttavia, la popolarità del raffreddamento a liquido non è una condanna a morte per i dissipatori di calore hardware, ma ha invece generato la domanda di una nuova generazione di hardware integrato per la dissipazione del calore. Nel 2026, i dissipatori di calore svolgono il triplice ruolo di raffreddamento a liquido, altri importanti assorbitori di perdite di calore e dissipazione del calore di backup nei data center.
Il raffreddamento a liquido della piastra fredda è la soluzione più diffusa al momento. La sua struttura di base è: una piastra fredda in rame o alluminio è direttamente collegata alla CPU / GPU e il flusso interno del refrigerante porta via il calore. Tuttavia, il circuito di alimentazione, la memoria e il chip di rete attorno al chip si basano ancora principalmente sul raffreddamento ad aria per dissipare il calore, e il compito di dissipazione del calore in queste aree ricade sul dissipatore di calore. Pertanto, è nata la "piastra fredda con alette". Il corpo principale di questo tipo di componente è una piastra fredda raffreddata a liquido con microcanali fresati all'interno, mentre l'area non raffreddata a liquido attorno alla piastra fredda estende direttamente un denso dissipatore di calore in alluminio attraverso il processo del dente della pala, che viene raffreddato dalla ventola del sistema. La piastra fredda e il dissipatore di calore sono fatti dello stesso pezzo di metallo, che elimina completamente la resistenza termica di contatto e salva l'altezza Z del sistema rispetto alla soluzione split.
Nei serbatoi di raffreddamento a liquido sommersi, l'applicazione dei dissipatori di calore è più sottile ma altrettanto critica. Nel raffreddamento a immersione monofase, il refrigerante viene solitamente pompato a uno scambiatore di calore esterno per il raffreddamento. Il componente centrale di questi scambiatori di calore esterni è spesso un grande fascio di tubi del dissipatore di calore in rame-alluminio, ma il mezzo viene cambiato da aria a refrigerante. Per i sistemi sommersi, il design dei dissipatori di calore è passato dall'ottimizzazione del flusso d'aria all'ottimizzazione del flusso del liquido. La spaziatura delle alette è aumentata a più di 3 mm per ridurre la resistenza al flusso. La superficie è incisa chimicamente per formare una microscanalatura bionica in pelle di squalo, che induce turbolenza per migliorare il trasferimento di calore. I dati sperimentali mostrano che il coefficiente di trasferimento di calore di questo fascio di tubi del dissipatore di calore liquido-liquido può raggiungere più di 20 volte quello delle soluzioni raffreddate ad aria.
Non si può ignorare che il sistema di raffreddamento a liquido richiede un backup passivo di dissipazione del calore resistente ai terremoti. Una volta che la pompa dell'acqua si guasta o l'alimentazione si spegne, il liquido di raffreddamento nella piastra fredda smette di scorrere e la temperatura del chip aumenta bruscamente in pochi secondi. Un componente chiamato "dissipatore di calore ad accumulo di calore a cambiamento di fase" ha iniziato ad essere integrato sopra la piastra fredda. Consiste in un dissipatore di calore in alluminio e materiale composito a cambiamento di fase in paraffina / grafite espansa riempito in una cavità chiusa. Durante il normale funzionamento, il materiale a cambiamento di fase rimane solido; quando il raffreddamento del liquido fallisce, assorbe il calore del chip e lo fonde. La temperatura del chip è controllata al di sotto della linea di sicurezza di 85 ° C all'interno della finestra di emergenza da 3 a 5 minuti, in modo da guadagnare tempo per l'avvio della pompa per l'avvio o l'avvio della pompa di avvio Questo tipo di dissipatore di calore è essenzialmente un "condensatore termico" con una densità di accumulo di calore di oltre 200 J / g.
Sulla scacchiera del raffreddamento dei data center, i dissipatori di calore non sono fuori, ma profondamente integrati con il raffreddamento a liquido per far evolvere i componenti funzionali compositi. Quei produttori di dissipatori di calore che possono padroneggiare simultaneamente più processi come l'elaborazione a microcanali, la formatura dei denti a pala e l'imballaggio dei materiali a cambiamento di fase stanno diventando importanti fornitori secondari nell'era del raffreddamento a liquido, fornendo un lavoro chiave ad alto valore aggiunto in corso per gli impianti di assemblaggio di piastre fredde.
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