Kurze Einführung in 3D-VC-Kühlkörper
Ein VC-Kühlkörper (Vapor Chamber) ist ein Kühlgerät, das zur effektiven Ableitung der Wärme von elektronischen Bauteilen oder anderen Wärmequellen verwendet wird. Es handelt sich um ein passives Wärmemanagementsystem, das auf den Prinzipien der Phasenänderung und Wärmeleitung basiert. VC-Kühlkörper werden normalerweise in Anwendungen mit hohem Wärmefluss verwendet, wie z. B. Hochleistungsrechner, Unterhaltungselektronik, Leistungselektronik, Hochleistungslasergeräte usw. Der Dampfkammer-Kühlkörper sorgt für eine gleichmäßigere Temperaturverteilung durch effiziente Phasenwechsel-Wärmeübertragung durch VC .
Der 3D-VC-Radiator ist eine Weiterentwicklung eines flachen VC-Radiators, verfügt über eine speziell gestaltete Grundplatte und teilt sich einen Dampfraum mit dem vertikalen Kondensationsrohr (Wärmerohr). Es wird hergestellt, indem mehrere offene Wärmerohre mit entsprechenden Löchern auf den VC gelötet werden. Der 3D-VC steht in direktem Kontakt mit der Wärmequelle, leitet die Wärme gleichmäßig entlang der XY-Ebene ab und verstärkt die Wärmeübertragung zu den Rippen durch vertikale Wärmerohre. Das vertikale Wärmeleitrohr erhöht die Geschwindigkeit der Phasenwechsel-Wärmeübertragung, sodass die Wärmeleitfähigkeit von 3D-VC höher ist als die von planarem VC gleicher Baugröße.
Im Bereich des Hochleistungsrechnens werden 3D-VC-Kühlkörper häufig in Hochleistungs-Workstations und KI-Servern eingesetzt. Im Jahr 2016 stand HP vor der Kühlherausforderung, die Workstation-CPUs von 95 W auf 140 W zu erhöhen (Intel Xeon E5-1680 v3). Aus diesem Grund hat HP Staggered Hex Fin 3D VC-Kühlkörper auf den HP Z440- und HP Z840-Workstations konfiguriert, wodurch die Lüftergeräusche erheblich reduziert und gleichzeitig ein leichtes Gehäusedesign beibehalten wird (30 % Geräuschreduzierung beim HP Z440 und 25 % Geräuschreduzierung beim HP Z840).
In den letzten Jahren ist mit der Popularität von KI-Anwendungen wie Big-Data-Modellen und ChatGPT die Nachfrage nach KI-Servern sprunghaft angestiegen. Laut TrendForce, einem Marktforschungsunternehmen, werden die Auslieferungen von KI-Servern von 2022 bis 2026 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 10,8 % zunehmen. Im Jahr 2023 werden KI-Server um 38 % auf 1,2 Millionen Einheiten wachsen. Die Nachfrage nach KI-Chipkühlung ist zum größten potenziellen Markt für 3D-VC geworden. Die KI-Server von Nvidia sind mit mindestens 6 bis 8 GPU-Chips ausgestattet, und neben der Verwendung einer flachen Dampfkammer sind High-End-Modelle auch mit 3D-VC-Kühlkörpern ausgestattet.
Intel wird die Herausforderung des Einsatzes der zweiphasigen Immersionskühlung angehen, indem es 3D VC optimiert, um die Wärme effektiver abzuleiten. 3D VC wird mit innovativen, siedeverstärkten Beschichtungen kombiniert, um die Keimbildungsstellendichte zu fördern und den thermischen Widerstand zu verringern. Im Gegensatz zum Anschweißen des Wärmerohrs an die Kondensatoroberfläche eines flachen VC plant MSI den Einsatz einer thermischen 3D-VC-Lösung für Grafikkarten, um die Abflachungsanforderungen von Grafikkarten-Kühlkörpern zu erfüllen. Durch den direkten Wärmeaustausch mit mehr Lamellen durch das Wärmerohr wird die Kühlleistung des Kühlers verbessert.
