Основное определение и принцип работы

Основные конструкции и производственные процессы

• Охлаждающие пластины с ребристой поверхностью / микроканалами (основной тип для суперкомпьютеров): Микроканалы или ребра размером 0,1–1 мм прецизионно обрабатываются или травятся на медных или алюминиевых подложках. Они обладают большой площадью теплообмена и низким термическим сопротивлением (до 0,02 °C/Вт). MLCP (интегрированный пакет охлаждающей пластины с микроканалами) дополнительно интегрирует охлаждающую пластину с IHS чипа, устраняя промежуточный слой TIM и снижая термическое сопротивление более чем на 40%, подходит для ГП/ЦП мощностью 1500–2000 Вт.
• Охлаждающие пластины с встроенными трубками: Медные трубки встраиваются в фрезерованные канавки на основании пластины и герметизируются сваркой. Стоимость примерно на 30% ниже, чем у микроканальных типов, что делает их подходящими для узлов общего назначения средней и высокой мощности, хотя и с несколько более высоким локальным термическим сопротивлением.
• Охлаждающие пластины, напечатанные на 3D-принтере: Производятся по технологии SLM с использованием медных сплавов с топологически оптимизированными каналами потока. Сложные каналы могут быть изготовлены на заказ, повышая эффективность рассеивания тепла на 30%, но высокая стоимость массового производства ограничивает их использование для компонентов суперкомпьютеров, изготовленных на заказ.
• Охлаждающие пластины с продувкой / экструзией: Низкая стоимость и высокая скорость производства, но ограниченная тепловая производительность; обычно не используются для основных вычислительных чипов.

Ключевые технические характеристики и поддержка системы

• Материалы: Медь (теплопроводность 401 Вт/(м·К), предпочтительна для теплообмена), алюминий (легкий и недорогой для вспомогательных компонентов). В высокопроизводительных моделях используются медно-вольфрамовые сплавы для балансировки теплопроводности и коэффициента теплового расширения.
• Герметизация и безопасность: Двойные уплотнительные кольца + вакуумная пайка, скорость утечки < 10⁻⁶ мл/ч. Оснащены датчиками давления / утечки жидкости и автоматическими запорными клапанами.Хладагенты
• : Деионизированная вода (низкая стоимость, высокая удельная теплоемкость), вода-гликоль (антифриз), электронная фторированная жидкость (изолирующая, для применений, чувствительных к утечкам).CDU и управление
• : Точность контроля температуры ±0,5 °C, регулируемая скорость потока для предотвращения чрезмерных перепадов температуры между чипами.Тепловая производительность
• : Плотность теплового потока до 100 Вт/см²+, разница температур поверхности чипа < 5 °C.Типичные применения в суперкомпьютерахSummit / Sierra (Национальная лаборатория Ок-Ридж / Лоуренс Ливермор, США)

: Принято гибридное охлаждение с прямым охлаждением всех ЦП и ГП. Охлаждающие пластины несут 90% тепловой нагрузки. Температура охлаждающей воды превышает 40 °C, что значительно снижает энергопотребление системы.

• Новое поколение отечественных эксафлопсных суперкомпьютеров (например, последующие модели Sunway, Tianhe): Широко используется жидкостное охлаждение с помощью холодных пластин. Некоторые используют MLCP и двухфазное охлаждение (поглощение тепла кипением фазопереходных жидкостей), что еще больше повышает эффективность охлаждения и снижает потребление энергии насоса на 30%–60%.
• Проблемы и тенденции развитияСтоимость и производство

: Микроканалы и MLCP требуют чрезвычайно высокой точности обработки, а выход годных напрямую влияет на стоимость.

• Обслуживание: Долгосрочная эксплуатация требует высокой чистоты хладагента и чистых трубопроводов для предотвращения коррозии и образования отложений.
• Тенденции: Интеграция охлаждающих пластин и корпусирования чипов, двухфазное охлаждение, гибридные решения с погружением + холодными пластинами и управление на основе ИИ для прогнозирования потока и температуры CDU.