تعریف اصلی و اصل کارکرد

ساختارهای اصلی و فرآیندهای تولید

• صفحات خنک‌کننده با پره‌های تراشیده شده / میکروکانال (رایج برای ابررایانه‌ها): میکروکانال‌ها یا پره‌ها با ابعاد 0.1 تا 1 میلی‌متر با دقت بر روی زیرلایه‌های مسی یا آلومینیومی ماشین‌کاری یا حکاکی می‌شوند. این صفحات دارای مساحت تبادل حرارت بزرگ و مقاومت حرارتی پایین (تا 0.02 درجه سانتی‌گراد بر وات) هستند. MLCP (بسته یکپارچه صفحه خنک‌کننده میکروکانال) صفحه خنک‌کننده را با IHS تراشه یکپارچه می‌کند، لایه میانی TIM را حذف کرده و مقاومت حرارتی را بیش از 40% کاهش می‌دهد، که برای GPU/CPU های 1500 تا 2000 وات مناسب است.
• صفحات خنک‌کننده با لوله‌های تعبیه شده: لوله‌های مسی در شیارهای فرز شده روی صفحه پایه تعبیه شده و با جوشکاری آب‌بندی می‌شوند. هزینه‌ها حدود 30% کمتر از انواع میکروکانال است و آنها را برای گره‌های عمومی با توان متوسط تا بالا مناسب می‌سازد، اگرچه با مقاومت حرارتی موضعی کمی بالاتر.
• صفحات خنک‌کننده چاپ سه‌بعدی: با استفاده از فناوری SLM با آلیاژهای مس و کانال‌های جریان بهینه‌سازی شده توپولوژیکی تولید می‌شوند. کانال‌های پیچیده را می‌توان سفارشی‌سازی کرد و راندمان دفع حرارت را 30% بهبود بخشید، اما هزینه‌های تولید انبوه بالا استفاده از آنها را به قطعات سفارشی ابررایانه‌ها محدود می‌کند.
• صفحات خنک‌کننده دمیده شده / اکسترود شده: هزینه کم و سرعت تولید بالا، اما عملکرد حرارتی محدود؛ به طور کلی برای تراشه‌های محاسباتی اصلی استفاده نمی‌شود.

مشخصات فنی کلیدی و پشتیبانی سیستم

• مواد: مس (هدایت حرارتی 401 وات بر متر کلوین، ترجیحی برای تبادل حرارت)، آلومینیوم (سبک و کم‌هزینه برای اجزای کمکی). مدل‌های پیشرفته از آلیاژهای مس-تنگستن برای تعادل هدایت حرارتی و ضریب انبساط حرارتی استفاده می‌کنند.
• آب‌بندی و ایمنی: دو حلقه O + لحیم‌کاری خلاء، نرخ نشت کمتر از 10 به توان منفی 6 میلی‌لیتر بر ساعت. مجهز به سنسورهای فشار / نشت مایع و شیرهای قطع خودکار.مایعات خنک‌کننده
• : آب دیونیزه (هزینه کم، ظرفیت حرارتی ویژه بالا)، آب-گلیکول (ضد یخ)، مایع فلورینه الکترونیکی (عایق، برای کاربردهای حساس به نشت).CDU و کنترل
• : دقت کنترل دما ±0.5 درجه سانتی‌گراد، نرخ جریان قابل تنظیم برای جلوگیری از اختلاف دمای بیش از حد بین تراشه‌ها.عملکرد حرارتی
• : چگالی شار حرارتی تا 100 وات بر سانتی‌متر مربع به بالا، اختلاف دمای سطح تراشه کمتر از 5 درجه سانتی‌گراد.کاربردهای معمول ابررایانه‌هاسامیت / سیرا (آزمایشگاه ملی اوک ریج / لارنس لیورمور، ایالات متحده آمریکا)

: از خنک‌کننده هیبریدی با خنک‌کننده مستقیم برای تمام CPU ها و GPU ها استفاده می‌کند. صفحات خنک‌کننده 90% بار حرارتی را تحمل می‌کنند. دمای آب خنک‌کننده از 40 درجه سانتی‌گراد فراتر می‌رود و مصرف انرژی سیستم را به شدت کاهش می‌دهد.

• ابررایانه‌های داخلی نسل جدید در مقیاس اگزاسکال (به عنوان مثال، مدل‌های بعدی Sunway، Tianhe): به طور گسترده از خنک‌کننده مایع صفحه سرد استفاده می‌کنند. برخی از MLCP و خنک‌کننده دو فازی (جذب حرارت جوش مایعات تغییر فاز) استفاده می‌کنند که راندمان خنک‌کننده را بیشتر بهبود می‌بخشد و مصرف توان پمپ را 30% تا 60% کاهش می‌دهد.
• چالش‌ها و روندهای توسعههزینه و تولید

: میکروکانال‌ها و MLCP به دقت ماشین‌کاری بسیار بالایی نیاز دارند و بازده مستقیماً بر هزینه تأثیر می‌گذارد.

• نگهداری: عملیات طولانی مدت نیازمند خلوص بالای مایع خنک‌کننده و خطوط لوله تمیز برای جلوگیری از خوردگی و رسوب است.
• روندها: یکپارچه‌سازی صفحات خنک‌کننده و بسته‌بندی تراشه، خنک‌کننده دو فازی، راه‌حل‌های غوطه‌وری هیبریدی + صفحه سرد، و کنترل پیش‌بینی‌کننده مبتنی بر هوش مصنوعی برای جریان و دمای CDU.