Die Wachstumsrate des Flüssigkeitskühlungsmarktes in den nächsten 10 Jahren beträgt bis zu 16 %
Branchen wie das Hochleistungsrechnen und das Training großer Modelle mit künstlicher Intelligenz sind auf Hochleistungsprozessoren angewiesen. Aufgrund der großen Menge an Rechenaufgaben, die diese Prozessoren bewältigen müssen, erzeugen sie enorme Mengen an Wärme. Daher erzeugen Rechenzentren, die eine große Anzahl von Prozessoren und Netzwerkgeräten beherbergen, eine erhebliche Menge Wärme. Effiziente Kühllösungen sind entscheidend, um eine Überhitzung des Prozessors zu verhindern und eine optimale Leistung aufrechtzuerhalten.
Im Vergleich zu herkömmlichen Luftkühlungsmethoden weist die Flüssigkeitskühlung eine höhere Wärmeableitungseffizienz auf. Flüssigkeiten haben eine höhere Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit, wodurch Wärme effektiver von elektronischen Geräten abgeführt werden kann. Da moderne elektronische Geräte immer leistungsfähiger werden und mehr Wärme erzeugen, hat die Entwicklung von Flüssigkeitskühlsystemen große Aufmerksamkeit erhalten. Flüssigkeitskühlung ist eine weit verbreitete und vielversprechende Kühllösung. In den nächsten 10 Jahren wird die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate der Flüssigkeitskühlung für Rechenzentren 16 % erreichen, während andere Alternativen zur Flüssigkeitskühlung ebenfalls stark wachsen werden.
Der einzigartige Differenzierungsfaktor der Kühlplatte liegt in ihrer inneren Mikrostruktur. Derzeit steht die Verwendung von Mikrokanälen für Kühlplattenlösungen im Mittelpunkt der Kühlanwendungen und Forschung in Rechenzentren. Mikrokanal-Kühlplatten können eine erhebliche Wärmeübertragungsfähigkeit bieten. Allerdings kann es zu einer Verstopfung der Mikrokanäle durch die Ablagerung kleiner Fremdkörper kommen. Wenn der Wärmefluss zu hoch ist, verändert sich die Flüssigkeit im Mikrokanal von einer einphasigen zu einer unerwarteten zweiphasigen Flüssigkeit, und die entstehenden Blasen können nicht schnell entfernt werden, was zu einer lokalen Austrocknung des Kanals führen kann. Diese Probleme führen zu einer Verringerung der Wärmeübertragungsleistung der Mikrokanal-Kühlplatte. Die herkömmliche flüssigkeitsgekühlte Parallel-Mikrokanalplatte weist eine geringe Wärmeflussdichte und eine ungleichmäßige Strömungsverteilung auf und steht vor der Herausforderung einer leistungsstarken Wärmeableitung von Serverchips.
Daher verwenden Forscher verschiedene diskontinuierliche Strukturen und spezielle Kanalmuster, um eine gleichmäßige Strömung zu stören, Flüssigkeitsturbulenzen zu fördern und die Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern, um die Wärmeübertragung durch die Kaltplatte zu stärken. Dies führt jedoch oft zu einem größeren Druckabfall, was ein sorgfältiges Design der Kühlplatten-Mikrostruktur und eine Simulation der Strömungsdynamik erfordert. Die Innovation der Mikrostruktur der Kühlplatte ist von entscheidender Bedeutung. Derzeit wird die Wärmeübertragung durch Strömungsstörungen verbessert und direkt in die Prozessorverpackung integriert, um den thermischen Widerstand der Schnittstelle zu verringern.
Dieses innovative Design der Flüssigkeitskühlungstechnologie wird als Microchannel Integrated Heat Sink (MC-IHS) bezeichnet. Auf der 20. iTherm-Konferenz im Jahr 2021 stellte Intel den MC-IHS-Prototyp erstmals in einem Konferenzbeitrag vor. Die thermischen Testergebnisse zeigen, dass die Kühlleistung der MC-IHS-Technologie etwa 30 % höher ist als die der Standard-Kühlplatte. Wenn die Kühllast mehr als 1000 W beträgt, kann Rf-in etwa 0,05 Grad C/W erreichen.
Flüssigkeitskühlung ist eine beliebte thermische Lösung, die die herkömmliche Luftkühlung ersetzt, um den Kühlbedarf von Prozessoren mit hohem Wärmefluss und Servern mit hoher Dichte zu decken. Mit dem Wachstum der CPU-Leistung und der Verbesserung der Geräteintegration werden jedoch die Mängel herkömmlicher Kühlplatten nach und nach verstärkt. Daher sind innovative Designs erforderlich, um den Kühlanforderungen zukünftiger 500-W- oder 1000-W-Prozessoren gerecht zu werden.
