Le développement rapide de l'informatique par IA pousse les processeurs serveurs vers une consommation d'énergie plus élevée et une plus grande densité de flux thermique.Comme l'informatique basée sur GPU devient de plus en plus importante pour la formation et l'inférence de l'IALa gestion thermique n'est plus simplement une question de sélection d'un dissipateur de chaleur plus grand.L'interface thermique entre la source de chaleur et la structure de refroidissement peut avoir une incidence significative sur les performances globales du système.

Pour les serveurs d'IA à haute densité, différents composants génèrent différents niveaux de chaleur et ont des géométries d'interface différentes.tandis que la mémoire et les composants auxiliaires peuvent avoir besoin de matériaux minces et conformesLes composants d'alimentation des PCB peuvent nécessiter à la fois une conductivité thermique et une isolation électrique, tandis que les structures au niveau du système peuvent bénéficier d'une propagation latérale de la chaleur.

Ce cas de client démontre comment une combinaison deTIM en métal liquide, matériau de changement de phase, plaquettes thermiques et matériaux d'interface thermique à base de graphènepeuvent être utilisés pour construire une stratégie de gestion thermique à plusieurs niveaux pour les systèmes informatiques IA à haute densité.

Les serveurs d'IA modernes intègrent plusieurs GPU, processeurs, périphériques de mémoire, composants d'alimentation et autres éléments générateurs de chaleur de haute performance dans un espace relativement compact.

Cela crée plusieurs défis thermiques.

Les processeurs haute performance génèrent de la chaleur concentrée dans des zones relativement petites.la résistance thermique entre la puce et la structure de refroidissement devient de plus en plus importante.

Même lorsqu'une plaque froide ou un dissipateur thermique a une capacité de refroidissement suffisante, une interface mal conçue peut limiter le transfert de chaleur.

Les architectures de serveurs d'IA contiennent des composants avec des hauteurs d'emballage et des géométries de surface différentes.augmentation de la résistance thermique.

Le TIM doit donc assurer une conformité suffisante et combler les lacunes sans introduire d'épaisseur de matériau inutile.

Les composants d'alimentation et les ensembles de PCB peuvent nécessiter une gestion thermique tout en maintenant l'isolation électrique.

La conformité mécanique, les performances de compression, la méthode d'assemblage et les propriétés diélectriques doivent également être prises en compte.

Plusieurs GPU fonctionnant simultanément peuvent créer des zones thermiques concentrées.ou autres structures thermiques.

Cela fait de la propagation de la chaleur une partie importante de la conception thermique globale du serveur d'IA.

Au lieu d'utiliser un TIM pour chaque composant, le projet a adopté une stratégie de matériaux spécifique à l'application.

Chaque interface thermique a été évaluée en fonction de sa production de chaleur, de l'écart entre les interfaces, de l'objectif de résistance thermique, des exigences mécaniques et électriques.

L'architecture résultante combine quatre technologies TIM différentes:

Cette approche permet à chaque matériau de remplir la fonction pour laquelle il est le plus adapté.

Le GPU et le CPU sont généralement parmi les composants les plus exigeants thermiquement dans un serveur d'IA.

Pour ces interfaces, l'objectif principal est de minimiser la résistance thermique entre le boîtier de semi-conducteurs et la structure de refroidissement.

Le projet utilise le TIM en métal liquide de la série TIG78 pour les interfaces haute puissance.

Selon les données fournies, le matériel fournit:

• Conductivité thermique jusqu'à78 W/m·K

• Impédance thermique déclarée aussi basse que00,02 °C·in2/W

• Plage de température de fonctionnement de-45°C à 200°C

La combinaison d'une conductivité thermique élevée et d'une faible impédance thermique indiquée permet d'établir un chemin de transfert de chaleur efficace du processeur vers le dissipateur thermique ou la structure de refroidissement.

Le TIM en métal liquide peut être particulièrement attrayant pour les applications à haute puissance où chaque augmentation de la résistance thermique de l'interface est importante.

Cependant, les ingénieurs doivent également tenir compte de l'isolation électrique, de la compatibilité des matériaux, du processus d'application, du confinement et de la fiabilité à long terme lors de la conception d'une interface métallique liquide.

Toutes les interfaces thermiques d'un serveur IA ne nécessitent pas la résistance thermique extrêmement faible associée au métal liquide.

La mémoire et les composants auxiliaires ont souvent des besoins thermiques différents et peuvent bénéficier d'un matériau d'interface très fin capable de se conformer aux surfaces d'accouplement.

Le matériau de changement de phase TIC800 a été choisi pour ces applications.

Les spécifications fournies comprennent:

• Conductivité thermique:5.0 W/m·K

• Plage d'épaisseur:0.102 ∙ 0,305 mm

Pendant le fonctionnement, le comportement de changement de phase permet au matériau de se conformer à l'interface dans des conditions appropriées, ce qui aide à minimiser les écarts d'air microscopiques.

Pour les architectures de serveurs IA compactes, une interface de changement de phase mince peut fournir un équilibre pratique entre les performances thermiques, la conformité de l'interface et l'intégration au niveau du paquet.

Les exigences en matière de gestion thermique sont différentes en ce qui concerne les composants électroniques de puissance et les composants PCB.

Ces zones peuvent avoir des surfaces irrégulières ou des variations de hauteur des composants et peuvent également nécessiter une isolation électrique.

Pour ces applications, un tampon thermique TIF800TU-16W a été utilisé.

Les données fournies sur le produit indiquent:

• Conductivité thermique:16 W/m·K

• Dureté:45 côte 00

• Options d'épaisseur:0.5·5.0 mm

• Caractéristiques d'isolation thermique et électrique

Par rapport au métal liquide, un tampon thermique offre une interface à l'état solide plus pratique pour les applications où le remplissage des lacunes, la conformité mécanique, l'isolation et l'efficacité de l'assemblage sont importants.

La possibilité de sélectionner différentes épaisseurs permet également au matériau d'accueillir différents espaces entre les composants et les dissipateurs de chaleur.

La gestion de la chaleur à l'interface puce-égout est seulement une partie du défi thermique.

Dans les systèmes d'IA à haute densité, la chaleur localisée peut également s'accumuler dans les dissipateurs de chaleur, les structures de châssis et d'autres parties du chemin thermique.

Pour ces applications, les matériaux d'interface thermique à base de graphène peuvent fournir une fonction de propagation de chaleur supplémentaire.

Les données du projet fournies indiquent une conductivité thermique en plan allant jusqu'à:

130 W/m·K

L'objectif principal n'est pas simplement de transférer la chaleur verticalement à travers l'interface.

Les applications potentielles sont les suivantes:

• Plaques de base de dissipateurs de chaleur

• Propagation thermique du châssis

• Systèmes multi-GPU

• Gestion des points d'accès localisés

• Équalisation de la température

Parce que les matériaux thermiques à base de graphène peuvent présenter un comportement thermique anisotrope,Les ingénieurs doivent évaluer les performances thermiques à l'intérieur et à travers le plan en fonction de la direction réelle du flux de chaleur..

Une erreur courante dans la conception thermique est de choisir un TIM basé uniquement sur sa conductivité thermique.

En réalité, la performance thermique dépend de l'interface complète.

Par exemple, un matériau avec une conductivité thermique extrêmement élevée peut ne pas être le meilleur choix si l'application exige:

• Remplissage de la grande lacune

• Isolement électrique

• Haute compressibilité

• Facile à assembler

• Conformité de surface complexe

• Distribution automatisée

• Faible contrainte mécanique

À l'inverse, un tampon thermique à conductivité thermique modérée peut être plus approprié pour un composant d'alimentation en PCB si l'isolation électrique et la compensation des écarts sont essentielles.

Par conséquent, le processus de sélection devrait commencer par leExigence d'interface thermique, plutôt que de demander simplement quel TIM a la valeur W/m·K la plus élevée.

Une stratégie de sélection simplifiée pour la gestion thermique des serveurs IA est la suivante:

Considérez un TIM à faible résistance tel que le métal liquide lorsque l'application prend en charge les conditions électriques, mécaniques, de compatibilité et de fiabilité requises.

Les matériaux de changement de phase peuvent fournir une interface mince et conforme pour les espaces contrôlés.

Les coussinets thermiques peuvent fournir une combinaison de transfert thermique, d'isolation électrique, de remplissage des lacunes et de conformité mécanique.

Les matériaux d'interface thermique à base de graphène peuvent aider à distribuer la chaleur latéralement et à réduire la concentration de température.

Cela crée une architecture thermique dans laquelle chaque matériau a un rôle clairement défini.

Selon les documents fournis, les solutions de gestion thermique ont été évaluées dans les applications de serveurs d'IA et de centres informatiques intelligents.

Un projet de serveur d'intelligence artificielle pour un fournisseur de services cloud a été rapporté:

Température de la puce: 88°C → 65°C

Dans le même dossier, il a été rapporté unAmélioration de 28% des performances informatiques.

Dans un autre projet d'optimisation du refroidissement des centres informatiques intelligents, les données fournies ont rapporté:

PUE: 1,42 → 1.08

Les documents du projet ont également indiqué des économies annuelles d'électricité de plus de5 millions de kWh.

Pour un serveur d'IA hautement performant auto-développé, le matériel de cas fourni indiquait:

• 10, 000 heuresd'exploitation continue

• Fluctuation de température de≤ ±2°C

• Zéro défaillance signalée

Ces chiffres doivent être vérifiés par rapport aux conditions d'essai applicables, aux rapports d'essai, aux approbations des clients et aux spécifications finales du produit avant leur publication externe.

La leçon la plus importante de ce projet est que la gestion thermique des serveurs d'IA doit être considérée comme un chemin thermique complet.

Le système de refroidissement comprend plus que le GPU et la plaque froide.

Il comprend également:

Semi-conducteur → TIM → Distributeur de chaleur / plaque de froid → dissipateur de chaleur → châssis → système de refroidissement

Toute résistance thermique significative à l'intérieur de cette trajectoire peut affecter la température finale du système.

C'est pourquoi différentes technologies TIM peuvent fonctionner ensemble sur le même serveur.

Le métal liquide peut réduire la résistance thermique des interfaces de puces de haute puissance.

Le matériau de changement de phase peut fournir des interfaces minces et conformes.

Les coussins thermiques peuvent accueillir des espaces plus grands tout en fournissant une isolation électrique.

Les matériaux à base de graphène peuvent diffuser la chaleur latéralement et améliorer l'uniformité de la température.

Ensemble, ces technologies offrent une approche plus souple de la gestion thermique des serveurs IA à haute densité.

Une stratégie thermique multi-matériaux correctement conçue peut apporter plusieurs avantages:

• Résistance thermique de l'interface inférieure

• Une meilleure compensation des lacunes

• Amélioration de la sécurité électrique

• Amélioration de l'uniformité des températures

• Une plus grande souplesse de conception

Alors que les serveurs d'IA continuent d'évoluer vers une plus grande densité de puissance du GPU, des architectures compactes et des systèmes de refroidissement avancés,Les matériaux d'interface thermique joueront un rôle de plus en plus important dans le maintien des performances informatiques et de la fiabilité du système.

La clé n'est pas simplement de choisir le TIM avec la plus grande conductivité thermique.

Une solution de gestion thermique efficace doit prendre en compte la combinaison complète des éléments suivants:

Conductivité thermique + résistance thermique + écart + compression + isolation électrique + processus d'assemblage + fiabilité

Dans ce projet client, une combinaison deTIM métallique liquide, matériau de changement de phase, tampons thermiques à haute conductivité thermique et matériaux d'interface thermique à base de graphènea été utilisé pour traiter différentes interfaces thermiques sur un serveur IA à haute densité.

Cette approche spécifique à l'application offre une voie flexible pour gérer à la foispoints chauds au niveau de la puce et distribution de chaleur au niveau du système, en soutenant le développement continu d'une infrastructure informatique d'IA de haute performance.

Il n'existe pas de meilleur TIM universel. Pour les interfaces GPU-refroidissement haute puissance, des matériaux à faible résistance thermique tels que le métal liquide peuvent être envisagés lorsque l'application répond aux exigences électriques requises,mécanique, les conditions de compatibilité et de fiabilité.

Les coussinets thermiques restent utiles pour les interfaces nécessitant un remplissage des lacunes, une isolation électrique, une conformité mécanique et un montage pratique.Ils sont particulièrement adaptés aux applications de PCB et de composants de puissance.

Les matériaux de changement de phase peuvent fournir une interface mince tout en améliorant la conformité aux surfaces d'accouplement dans des conditions de fonctionnement appropriées.Ils peuvent être utiles pour la mémoire et autres interfaces de composants compacts.

Les matériaux d'interface thermique à base de graphène peuvent être utilisés pour la propagation latérale de la chaleur et l'égalisation de la température.Leur haute conductivité thermique en plan les rend particulièrement intéressants pour la gestion des points chauds et la distribution thermique au niveau du système.

L'épaisseur du TIM doit être basée sur l'écart d'interface réel, la tolérance des composants, la compression requise et la plage d'application recommandée par le fabricant.tandis qu'une épaisseur excessive peut augmenter la résistance thermique.

Oui, les différents composants ont des exigences thermiques et mécaniques différentes.et des matériaux à base de graphène dans des parties différentes de la même architecture thermique.

ZIITEK fournit de multiples technologies d'interface thermique et peut évaluer la sélection de TIM en fonction de la conductivité thermique, de la résistance thermique, de l'écart, de la dureté, de l'isolation électrique, du processus d'assemblage,température de fonctionnement, et les exigences de fiabilité.