Sự phát triển nhanh chóng của máy tính AI đang đẩy các bộ xử lý máy chủ hướng tới mức tiêu thụ năng lượng cao hơn và mật độ luồng nhiệt lớn hơn.Khi máy tính dựa trên GPU trở nên ngày càng quan trọng cho đào tạo và suy luận AI, quản lý nhiệt không còn đơn giản là vấn đề lựa chọn một thùng tản nhiệt lớn hơn.Giao diện nhiệt giữa nguồn nhiệt và cấu trúc làm mát có thể có tác động đáng kể đến hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Đối với các máy chủ AI mật độ cao, các thành phần khác nhau tạo ra mức nhiệt khác nhau và có hình học giao diện khác nhau.trong khi bộ nhớ và các thành phần phụ trợ có thể cần vật liệu mỏng và phù hợpCác thành phần năng lượng PCB có thể yêu cầu cả dẫn nhiệt và cách điện, trong khi các cấu trúc cấp hệ thống có thể được hưởng lợi từ sự lan truyền nhiệt bên.

Trường hợp khách hàng này cho thấy cách kết hợpkim loại lỏng TIM, vật liệu thay đổi pha, đệm nhiệt và vật liệu giao diện nhiệt dựa trên graphenecó thể được sử dụng để xây dựng một chiến lược quản lý nhiệt đa cấp cho các hệ thống máy tính AI mật độ cao.

Máy chủ AI hiện đại tích hợp nhiều GPU hiệu suất cao, CPU, thiết bị bộ nhớ, thành phần điện và các yếu tố tạo nhiệt khác vào một không gian tương đối nhỏ gọn.

Điều này tạo ra một số thách thức về nhiệt.

Các bộ vi xử lý hiệu suất cao tạo ra nhiệt tập trung trong các khu vực tương đối nhỏ.kháng nhiệt giữa chip và cấu trúc làm mát trở nên ngày càng quan trọng.

Ngay cả khi một tấm lạnh hoặc tản nhiệt có khả năng làm mát đầy đủ, một giao diện được thiết kế kém có thể hạn chế chuyển nhiệt.

Kiến trúc máy chủ AI chứa các thành phần có chiều cao gói và hình học bề mặt khác nhau.Tăng sức đề kháng nhiệt.

Do đó, TIM phải cung cấp sự phù hợp và lấp đầy khoảng trống đầy đủ mà không đưa ra độ dày vật liệu không cần thiết.

Các thành phần điện và các bộ PCB có thể yêu cầu quản lý nhiệt trong khi duy trì cách điện. Một vật liệu có độ dẫn nhiệt cao một mình có thể không đủ.

Sự phù hợp cơ học, hiệu suất nén, phương pháp lắp ráp và tính chất điện môi cũng có thể cần phải được xem xét.

Nhiều GPU hoạt động đồng thời có thể tạo ra các vùng nhiệt tập trung.hoặc các cấu trúc nhiệt khác.

Điều này làm cho sự lan truyền nhiệt là một phần quan trọng của thiết kế nhiệt máy chủ AI tổng thể.

Thay vì sử dụng một TIM cho mỗi thành phần, dự án đã áp dụng một chiến lược vật liệu cụ thể cho ứng dụng.

Mỗi giao diện nhiệt đã được đánh giá theo việc tạo nhiệt, khoảng trống giao diện, mục tiêu kháng nhiệt, yêu cầu cơ học và yêu cầu điện.

Kiến trúc kết quả kết hợp bốn công nghệ TIM khác nhau:

Cách tiếp cận này cho phép mỗi vật liệu thực hiện chức năng mà nó phù hợp nhất.

GPU và CPU thường là một trong những thành phần đòi hỏi nhiệt nhất trong máy chủ AI.

Đối với các giao diện này, mục tiêu chính là giảm thiểu sức đề kháng nhiệt giữa gói bán dẫn và cấu trúc làm mát.

Dự án sử dụng TIM kim loại lỏng TIG78 Series cho các giao diện công suất cao.

Theo dữ liệu trường hợp được cung cấp, tài liệu cung cấp:

• Độ dẫn nhiệt lên đến78 W/m·K

• Kháng nhiệt được báo cáo thấp đến0.02 °C·in2/W

• Phạm vi nhiệt độ hoạt động-45 °C đến 200 °C

Sự kết hợp của tính dẫn nhiệt cao và trở kháng nhiệt báo cáo thấp giúp thiết lập một con đường chuyển nhiệt hiệu quả từ bộ xử lý đến thùng tản nhiệt hoặc cấu trúc làm mát.

TIM kim loại lỏng có thể đặc biệt hấp dẫn cho các ứng dụng công suất cao, nơi mọi gia tăng kháng nhiệt giao diện đều quan trọng.

Tuy nhiên, các kỹ sư cũng phải xem xét cách ly điện, tương thích vật liệu, quy trình ứng dụng, chứa và độ tin cậy lâu dài khi thiết kế giao diện kim loại lỏng.

Không phải tất cả các giao diện nhiệt trong máy chủ AI đều yêu cầu sức đề kháng nhiệt cực kỳ thấp liên quan đến kim loại lỏng.

Bộ nhớ và các thành phần phụ trợ thường có yêu cầu nhiệt khác nhau và có thể được hưởng lợi từ vật liệu giao diện rất mỏng có khả năng phù hợp với các bề mặt giao phối.

Vật liệu thay đổi pha TIC800 đã được chọn cho các ứng dụng này.

Các thông số kỹ thuật được cung cấp bao gồm:

• Độ dẫn nhiệt:5.0 W/m·K

• Phạm vi độ dày:0.102 ∙ 0.305 mm

Trong quá trình hoạt động, hành vi thay đổi pha cho phép vật liệu phù hợp với giao diện trong điều kiện thích hợp, giúp giảm thiểu khoảng trống không khí vi mô.

Đối với kiến trúc máy chủ AI nhỏ gọn, giao diện thay đổi pha mỏng có thể cung cấp sự cân bằng thực tế giữa hiệu suất nhiệt, sự phù hợp của giao diện và tích hợp cấp gói.

Yêu cầu quản lý nhiệt khác nhau xung quanh các thành phần điện tử công suất và PCB.

Các khu vực này có thể có bề mặt không đều hoặc biến đổi chiều cao của các thành phần và cũng có thể yêu cầu cách điện.

Các bộ đệm nhiệt TIF800TU-16W đã được sử dụng cho các ứng dụng này.

Dữ liệu sản phẩm được cung cấp báo cáo:

• Độ dẫn nhiệt:16 W/m·K

• Độ cứng:45 Shore 00

• Tùy chọn độ dày:0.5·5.0 mm

• Đặc điểm cách nhiệt nhiệt và điện

So với kim loại lỏng, một miếng đệm nhiệt cung cấp một giao diện trạng thái rắn thuận tiện hơn cho các ứng dụng mà việc lấp đầy khoảng trống, tuân thủ cơ học, cách nhiệt và hiệu quả lắp ráp là quan trọng.

Khả năng chọn các độ dày khác nhau cũng cho phép vật liệu chứa các khoảng trống khác nhau từ thành phần đến thùng xử lý nhiệt.

Quản lý nhiệt tại giao diện chip-to-heat-sink chỉ là một phần của thách thức nhiệt.

Trong các hệ thống AI mật độ cao, nhiệt địa phương cũng có thể tích lũy trong các thùng thu nhiệt, cấu trúc khung gầm và các phần khác của đường dẫn nhiệt.

Đối với các ứng dụng này, vật liệu giao diện nhiệt dựa trên graphene có thể cung cấp chức năng phân tán nhiệt bổ sung.

Dữ liệu dự án được cung cấp báo cáo tính dẫn nhiệt trong mặt phẳng lên đến:

130 W/m·K

Mục tiêu chính không chỉ đơn giản là chuyển nhiệt theo chiều dọc qua giao diện. Thay vào đó, độ dẫn nhiệt cao trong mặt phẳng giúp phân phối nhiệt địa phương trên một khu vực lớn hơn.

Các ứng dụng tiềm năng bao gồm:

• Các tấm nền bể tản nhiệt

• Phân bố nhiệt của khung gầm

• Hệ thống đa GPU

• Quản lý điểm nóng địa phương

• Sự cân bằng nhiệt độ

Bởi vì các vật liệu nhiệt dựa trên graphene có thể thể hiện hành vi nhiệt anisotropic,Các kỹ sư nên đánh giá cả hiệu suất nhiệt trong máy bay và thông qua máy bay theo hướng lưu lượng nhiệt thực tế.

Một sai lầm phổ biến trong thiết kế nhiệt là chọn một TIM chỉ dựa trên độ dẫn nhiệt của nó.

Trong thực tế, hiệu suất nhiệt phụ thuộc vào giao diện hoàn chỉnh.

Ví dụ: một vật liệu có độ dẫn nhiệt cực cao có thể không phải là lựa chọn tốt nhất nếu ứng dụng yêu cầu:

• Lấp đầy khoảng trống lớn

• Phân cách điện

• Khả năng nén cao

• Dễ lắp ráp

• Phù hợp bề mặt phức tạp

• Phân phối tự động

• Áp lực cơ khí thấp

Ngược lại, một miếng đệm nhiệt có độ dẫn nhiệt vừa phải có thể phù hợp hơn cho một thành phần điện PCB nếu cách điện và bù đắp khoảng cách là rất quan trọng.

Do đó, quá trình lựa chọn nên bắt đầu vớiyêu cầu giao diện nhiệt, thay vì chỉ đơn giản là hỏi TIM nào có giá trị W/m·K cao nhất.

Một chiến lược lựa chọn đơn giản cho quản lý nhiệt máy chủ AI là:

Xem xét một TIM kháng thấp như kim loại lỏng khi ứng dụng hỗ trợ các điều kiện điện, cơ học, tương thích và độ tin cậy cần thiết.

Vật liệu thay đổi pha có thể cung cấp một giao diện mỏng và phù hợp cho các khoảng trống được kiểm soát.

Các miếng đệm nhiệt có thể cung cấp sự kết hợp của chuyển nhiệt, cách điện, lấp đầy khoảng trống và tuân thủ cơ học.

Các vật liệu giao diện nhiệt dựa trên graphene có thể giúp phân phối nhiệt theo chiều ngang và giảm nồng độ nhiệt độ.

Điều này tạo ra một kiến trúc nhiệt trong đó mỗi vật liệu có vai trò được xác định rõ ràng.

Theo tài liệu dự án được cung cấp, các giải pháp quản lý nhiệt đã được đánh giá trong ứng dụng máy chủ AI và trung tâm máy tính thông minh.

Một dự án máy chủ AI được báo cáo cho một nhà cung cấp dịch vụ đám mây đã đạt được:

Nhiệt độ chip: 88°C → 65°C

Các tài liệu trong cùng một trường hợp báo cáo một28% cải thiện hiệu suất máy tính.

Trong một dự án tối ưu hóa làm mát trung tâm máy tính thông minh khác, dữ liệu được cung cấp báo cáo:

PUE: 1,42 → 1.08

Các tài liệu dự án cũng báo cáo tiết kiệm điện hàng năm hơn5 triệu kWh.

Đối với một máy chủ AI hiệu suất cao tự phát triển, tài liệu trường hợp được cung cấp báo cáo:

• 10,000 giờhoạt động liên tục

• Biến động nhiệt độ của≤ ± 2°C

• Không báo cáo lỗi

Những con số này nên được xác minh với các điều kiện thử nghiệm, báo cáo thử nghiệm, phê duyệt của khách hàng và thông số kỹ thuật sản phẩm cuối cùng trước khi công bố bên ngoài.

Bài học quan trọng nhất từ dự án này là quản lý nhiệt máy chủ AI cần được coi là một con đường nhiệt hoàn chỉnh.

Hệ thống làm mát bao gồm nhiều hơn GPU và đĩa lạnh.

Nó cũng bao gồm:

Hạt bán dẫn → TIM → Máy phân tán nhiệt / tấm lạnh → Thủy thạch nhiệt → Chassis → Hệ thống làm mát

Bất kỳ kháng nhiệt đáng kể nào trong đường dẫn này có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ hệ thống cuối cùng.

Đây là lý do tại sao các công nghệ TIM khác nhau có thể làm việc cùng nhau trong cùng một máy chủ.

Kim loại lỏng có thể làm giảm sức đề kháng nhiệt tại các giao diện chip công suất cao.

Vật liệu thay đổi pha có thể cung cấp các giao diện mỏng và phù hợp.

Các miếng đệm nhiệt có thể chứa các khoảng trống lớn hơn trong khi cung cấp cách điện.

Các vật liệu dựa trên graphene có thể truyền nhiệt theo chiều ngang và cải thiện sự đồng nhất nhiệt độ.

Cùng nhau, các công nghệ này cung cấp một cách tiếp cận linh hoạt hơn để quản lý nhiệt máy chủ AI mật độ cao.

Một chiến lược nhiệt đa vật liệu được thiết kế đúng có thể cung cấp một số lợi ích:

• Kháng nhiệt giao diện thấp hơn

• Bồi thường khoảng cách tốt hơn

• An toàn điện được cải thiện

• Cải thiện tính đồng nhất nhiệt độ

• Thiết kế linh hoạt hơn

Khi các máy chủ AI tiếp tục phát triển hướng tới mật độ năng lượng GPU cao hơn, kiến trúc nhỏ gọn và hệ thống làm mát tiên tiến,vật liệu giao diện nhiệt sẽ đóng một vai trò ngày càng quan trọng trong việc duy trì hiệu suất máy tính và độ tin cậy của hệ thống.

Chìa khóa không chỉ đơn giản là chọn TIM với độ dẫn nhiệt cao nhất.

Một giải pháp quản lý nhiệt thành công phải xem xét sự kết hợp đầy đủ của:

Độ dẫn nhiệt + Kháng nhiệt + Khoảng cách + Nén + Bảo hiểm điện + Quá trình lắp ráp + Độ tin cậy

Trong dự án khách hàng này, sự kết hợp củakim loại lỏng TIM, vật liệu thay đổi pha, đệm nhiệt dẫn nhiệt cao và vật liệu giao diện nhiệt dựa trên grapheneđược sử dụng để giải quyết các giao diện nhiệt khác nhau trên toàn bộ máy chủ AI mật độ cao.

Cách tiếp cận ứng dụng cụ thể này cung cấp một con đường linh hoạt để quản lý cả haiCác điểm nóng cấp chip và phân phối nhiệt cấp hệ thống, hỗ trợ sự phát triển tiếp tục của cơ sở hạ tầng máy tính AI hiệu suất cao.

Không có TIM phổ quát tốt nhất. Đối với giao diện GPU-tăng cường cao, các vật liệu kháng nhiệt thấp như kim loại lỏng có thể được xem xét khi ứng dụng đáp ứng các yêu cầu điện,cơ khí, sự tương thích và độ tin cậy.

Các miếng đệm nhiệt vẫn hữu ích cho các giao diện đòi hỏi phải lấp đầy khoảng trống, cách điện, tuân thủ cơ học và lắp ráp thuận tiện.Chúng đặc biệt phù hợp với các ứng dụng PCB và các thành phần năng lượng.

Vật liệu thay đổi pha có thể cung cấp một giao diện mỏng trong khi cải thiện sự phù hợp với bề mặt kết hợp trong điều kiện hoạt động thích hợp.Chúng có thể hữu ích cho bộ nhớ và các giao diện thành phần nhỏ gọn khác.

Các vật liệu giao diện nhiệt dựa trên graphene có thể được sử dụng để lây lan nhiệt bên và cân bằng nhiệt độ.Tính dẫn nhiệt cao trong mặt phẳng làm cho chúng đặc biệt thú vị cho quản lý điểm nóng và phân phối nhiệt ở cấp hệ thống.

Độ dày TIM nên dựa trên khoảng trống giao diện thực tế, dung nạp thành phần, nén yêu cầu và phạm vi ứng dụng được nhà sản xuất khuyến cáo.trong khi độ dày quá mức có thể làm tăng sức đề kháng nhiệt.

Các thành phần khác nhau có các yêu cầu nhiệt và cơ học khác nhau, một chiến lược đa-TIM có thể kết hợp kim loại lỏng, vật liệu thay đổi pha, miếng đệm nhiệt, gel nhiệt,và các vật liệu dựa trên graphene trong các phần khác nhau của cùng một kiến trúc nhiệt.

ZIITEK cung cấp nhiều công nghệ giao diện nhiệt và có thể đánh giá lựa chọn TIM dựa trên độ dẫn nhiệt, kháng nhiệt, khoảng cách, độ cứng, cách điện, quy trình lắp ráp,nhiệt độ hoạt động, và yêu cầu độ tin cậy.