Definizione di base e principio di funzionamento

Strutture principali e processi di produzione

• Piastre di raffreddamento a pinne raschiate / microcanali (principali per supercomputer): Microcanali o alette da 0,1-1 mm sono lavorati o incisi di precisione su substrati di rame o alluminio. Presentano ampie aree di scambio termico e bassa resistenza termica (fino a 0,02 °C/W). MLCP (Microchannel Cooling Plate Integrated Package) integra ulteriormente la piastra di raffreddamento con l'IHS del chip, eliminando lo strato TIM intermedio e riducendo la resistenza termica di oltre il 40%, adatto per GPU/CPU da 1500-2000 W.
• Piastre di raffreddamento con tubi incorporati: Tubi di rame sono incorporati in scanalature fresate sulla piastra di base e sigillati tramite saldatura. I costi sono circa il 30% inferiori rispetto ai tipi a microcanali, rendendoli adatti per nodi generici di potenza medio-alta, sebbene con una resistenza termica locale leggermente superiore.
• Piastre di raffreddamento stampate in 3D: Prodotte tramite tecnologia SLM utilizzando leghe di rame con canali di flusso ottimizzati topologicamente. Canali complessi possono essere personalizzati, migliorando l'efficienza di dissipazione del calore del 30%, ma gli alti costi di produzione di massa ne limitano l'uso a componenti di supercomputer personalizzati.
• Piastre di raffreddamento soffiato / estruso: Basso costo e alta velocità di produzione, ma prestazioni termiche limitate; generalmente non utilizzate per chip di calcolo principali.

Specifiche tecniche chiave e supporto di sistema

• Materiali: Rame (conducibilità termica 401 W/(m·K), preferito per lo scambio termico), alluminio (leggero ed economico per componenti ausiliari). I modelli di fascia alta utilizzano leghe rame-tungsteno per bilanciare la conducibilità termica e il coefficiente di espansione termica.
• Sigillatura e sicurezza: Doppio O-ring + brasatura sottovuoto, tasso di perdita < 10⁻⁶ mL/h. Dotato di sensori di pressione / perdita di liquido e valvole di arresto automatico.Liquidi refrigeranti
• : Acqua deionizzata (basso costo, alta capacità termica specifica), acqua-glicole (antigelo), fluido fluorurato elettronico (isolante, per applicazioni sensibili alle perdite).CDU e controllo
• : Precisione del controllo della temperatura ±0,5 °C, portata regolabile per evitare differenze di temperatura eccessive tra i chip.Prestazioni termiche
• : Densità del flusso termico fino a 100 W/cm²+, differenza di temperatura della superficie del chip < 5 °C.Applicazioni tipiche di supercomputerSummit / Sierra (Oak Ridge / Lawrence Livermore National Laboratory, USA)

: Adottano un raffreddamento ibrido con raffreddamento diretto per tutte le CPU e GPU. Le piastre di raffreddamento gestiscono il 90% del carico termico. La temperatura dell'acqua di raffreddamento supera i 40 °C, riducendo notevolmente il consumo energetico del sistema.

• Supercomputer domestici di nuova generazione exascale (ad es. modelli successivi di Sunway, Tianhe): Utilizzano ampiamente il raffreddamento a liquido con piastre fredde. Alcuni adottano MLCP e raffreddamento bifase (assorbimento di calore per ebollizione di fluidi a cambiamento di fase), migliorando ulteriormente l'efficienza di raffreddamento e riducendo il consumo di energia della pompa del 30%-60%.
• Sfide e tendenze di sviluppoCosti e produzione

: I microcanali e MLCP richiedono una precisione di lavorazione estremamente elevata e la resa influisce direttamente sui costi.

• Manutenzione: Il funzionamento a lungo termine richiede un'elevata purezza del liquido refrigerante e tubazioni pulite per prevenire corrosione e incrostazioni.
• Tendenze: Integrazione di piastre di raffreddamento e packaging dei chip, raffreddamento bifase, soluzioni ibride a immersione + piastre fredde e controllo predittivo basato sull'IA per il flusso e la temperatura della CDU.