Η ταχεία ανάπτυξη της πληροφορικής τεχνητής νοημοσύνης ωθεί τους επεξεργαστές διακομιστών προς υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας και μεγαλύτερη πυκνότητα ροής θερμότητας.Καθώς η υπολογιστική με βάση GPU γίνεται όλο και πιο σημαντική για την εκπαίδευση και το συμπέρασμα της ΤΝ, η θερμική διαχείριση δεν είναι πλέον απλώς θέμα επιλογής ενός μεγαλύτερου απορρυπαντή.Η θερμική διεπαφή μεταξύ της πηγής θερμότητας και της δομής ψύξης μπορεί να έχει σημαντική επίδραση στη συνολική απόδοση του συστήματος.

Για διακομιστές υψηλής πυκνότητας τεχνητής νοημοσύνης, διαφορετικά συστατικά παράγουν διαφορετικά επίπεδα θερμότητας και έχουν διαφορετική γεωμετρία διεπαφής.Ενώ η μνήμη και τα βοηθητικά στοιχεία μπορεί να χρειάζονται λεπτά και συμβατά υλικάΤα στοιχεία ισχύος των PCB μπορεί να απαιτούν τόσο θερμική αγωγιμότητα όσο και ηλεκτρική μόνωση, ενώ οι δομές σε επίπεδο συστήματος μπορεί να επωφεληθούν από την πλευρική διάδοση της θερμότητας.

Αυτή η περίπτωση πελάτη δείχνει πώς ένας συνδυασμόςυγρό μέταλλο TIM, υλικό αλλαγής φάσης, θερμικές πλάκες και υλικά θερμικής διεπαφής με βάση το γραφένιομπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία μιας πολυεπίπεδης στρατηγικής θερμικής διαχείρισης για συστήματα υπολογιστών υψηλής πυκνότητας τεχνητής νοημοσύνης.

Οι σύγχρονοι διακομιστές τεχνητής νοημοσύνης ενσωματώνουν πολλαπλές GPU υψηλής απόδοσης, CPU, συσκευές μνήμης, εξαρτήματα ισχύος και άλλα στοιχεία που παράγουν θερμότητα σε έναν σχετικά συμπαγές χώρο.

Αυτό δημιουργεί αρκετές θερμικές προκλήσεις.

Οι υψηλής απόδοσης επεξεργαστές παράγουν συγκεντρωμένη θερμότητα σε σχετικά μικρές περιοχές.Η θερμική αντίσταση μεταξύ του τσιπ και της δομής ψύξης γίνεται όλο και πιο σημαντική.

Ακόμη και όταν μια κρύα πλάκα ή ένας απορροφητής θερμότητας έχει επαρκή ικανότητα ψύξης, μια κακοσχεδιασμένη διεπαφή μπορεί να περιορίσει τη μεταφορά θερμότητας.

Οι αρχιτεκτονικές διακομιστών τεχνητής νοημοσύνης περιέχουν εξαρτήματα με διαφορετικό ύψος συσκευασίας και γεωμετρία επιφάνειας.αύξηση της θερμικής αντίστασης.

Ως εκ τούτου, το TIM πρέπει να παρέχει επαρκή συμμόρφωση και να καλύπτει κενά χωρίς να εισάγει περιττό πάχος υλικού.

Τα συστατικά ισχύος και οι συγκροτήσεις PCB ενδέχεται να απαιτούν θερμική διαχείριση, διατηρώντας παράλληλα την ηλεκτρική μόνωση.

Μπορεί επίσης να χρειαστεί να ληφθούν υπόψη η μηχανική συμμόρφωση, η απόδοση συμπίεσης, η μέθοδος συναρμολόγησης και οι διηλεκτρικές ιδιότητες.

Εάν η θερμότητα δεν μπορεί να κατανεμηθεί αποτελεσματικά, μπορεί να αναπτυχθούν τοπικά σημεία θερμότητας σε όλο τον απορροφητή θερμότητας, το πλαίσιο, το σύστημα θερμοσύνης, το σύστημα θερμοσύνης και το σύστημα θερμότητας.ή άλλες θερμικές δομές.

Αυτό καθιστά την εξάπλωση της θερμότητας ένα σημαντικό μέρος του συνολικού θερμικού σχεδιασμού του διακομιστή AI.

Αντί να χρησιμοποιείται μία TIM για κάθε συστατικό, το έργο υιοθέτησε μια στρατηγική υλικών ειδικά για την εφαρμογή.

Κάθε θερμική διεπαφή αξιολογήθηκε σύμφωνα με την παραγωγή θερμότητας, το κενό της διεπαφής, τον στόχο θερμικής αντίστασης, τις μηχανικές απαιτήσεις και τις ηλεκτρικές απαιτήσεις.

Η προκύπτουσα αρχιτεκτονική συνδυάζει τέσσερις διαφορετικές τεχνολογίες TIM:

Η προσέγγιση αυτή επιτρέπει σε κάθε υλικό να εκτελεί τη λειτουργία για την οποία είναι πιο κατάλληλο.

Η GPU και η CPU είναι συνήθως μεταξύ των πιο θερμικά απαιτητικών εξαρτημάτων σε έναν διακομιστή AI.

Για αυτές τις διεπαφές, ο πρωταρχικός στόχος είναι η ελαχιστοποίηση της θερμικής αντίστασης μεταξύ του πακέτου ημιαγωγών και της δομής ψύξης.

Το έργο χρησιμοποίησε το υγρό μέταλλο TIM της σειράς TIG78 για διεπαφές υψηλής ισχύος.

Σύμφωνα με τα παρασχεμένα δεδομένα περιπτώσεων, το υλικό παρέχει:

• Θερμική αγωγιμότητα έως78 W/m·K

• Αναφερόμενη θερμική αντίσταση τόσο χαμηλή όσο00,02 °C·in2/W

• Περιοχή θερμοκρασίας λειτουργίας-45°C έως 200°C

Ο συνδυασμός της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας και της χαμηλής θερμικής αντίστασης που αναφέρεται συμβάλλει στην καθιέρωση αποτελεσματικής διαδρομής μεταφοράς θερμότητας από τον επεξεργαστή στον απορροφητή θερμότητας ή τη δομή ψύξης.

Το υγρό μέταλλο TIM μπορεί να είναι ιδιαίτερα ελκυστικό για εφαρμογές υψηλής ισχύος όπου κάθε αύξηση της θερμικής αντίστασης της διεπαφής έχει σημασία.

Ωστόσο, οι μηχανικοί πρέπει επίσης να εξετάσουν την ηλεκτρική απομόνωση, την συμβατότητα υλικών, τη διαδικασία εφαρμογής, τον περιορισμό και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία κατά τον σχεδιασμό μιας διεπαφής υγρού μετάλλου.

Δεν απαιτεί κάθε θερμική διεπαφή σε έναν διακομιστή τεχνητής νοημοσύνης την εξαιρετικά χαμηλή θερμική αντίσταση που σχετίζεται με το υγρό μέταλλο.

Η μνήμη και τα βοηθητικά στοιχεία έχουν συχνά διαφορετικές θερμικές απαιτήσεις και μπορούν να επωφεληθούν από ένα πολύ λεπτό υλικό διεπαφής ικανό να συμμορφώνεται με τις επιφάνειες ζευγαρώματος.

Για τις εφαρμογές αυτές επιλέχθηκε υλικό αλλαγής φάσης TIC800.

Οι προμηθευόμενες προδιαγραφές περιλαμβάνουν:

• Θερμική αγωγιμότητα:5.0 W/m·K

• Περιοχή πάχους:0.102·0.305 mm

Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, η συμπεριφορά αλλαγής φάσης επιτρέπει στο υλικό να συμμορφώνεται με την διεπαφή υπό κατάλληλες συνθήκες, βοηθώντας να ελαχιστοποιηθούν μικροσκοπικά κενά αέρα.

Για τις συμπαγές αρχιτεκτονικές διακομιστών AI, μια λεπτή διεπαφή αλλαγής φάσης μπορεί να παρέχει μια πρακτική ισορροπία μεταξύ θερμικής απόδοσης, συμμόρφωσης διεπαφής και ενσωμάτωσης σε επίπεδο πακέτου.

Οι απαιτήσεις θερμικής διαχείρισης είναι διαφορετικές σε σχέση με τα ηλεκτρονικά συστατικά ισχύος και τα συστατικά PCB.

Αυτές οι περιοχές μπορεί να έχουν ακανόνιστες επιφάνειες ή διακυμάνσεις ύψους των στοιχείων και μπορεί επίσης να απαιτούν ηλεκτρική μόνωση.

Για τις εφαρμογές αυτές χρησιμοποιήθηκε θερμική θήκη TIF800TU-16W.

Τα παρεχόμενα δεδομένα για το προϊόν αναφέρουν:

• Θερμική αγωγιμότητα:16 W/m·K

• Σκληρότητα:45 Ακτή 00

• Επιλογές πάχους:0.5·5.0 mm

• Χαρακτηριστικά θερμικής και ηλεκτρικής μόνωσης

Σε σύγκριση με το υγρό μέταλλο, ένα θερμικό πακέτο παρέχει μια πιο βολική διεπαφή στερεής κατάστασης για εφαρμογές όπου η πλήρωση κενών, η μηχανική συμμόρφωση, η μόνωση και η απόδοση συναρμολόγησης είναι σημαντικές.

Η δυνατότητα επιλογής διαφορετικών πάχους επιτρέπει επίσης στο υλικό να φιλοξενεί διαφορετικά κενά μεταξύ των συστατικών και των θερμολύφων.

Η διαχείριση της θερμότητας στην διεπαφή chip-to-heat-sink είναι μόνο ένα μέρος της θερμικής πρόκλησης.

Σε συστήματα υψηλής πυκνότητας τεχνητής νοημοσύνης, η τοπική θερμότητα μπορεί επίσης να συσσωρευτεί σε απορροφητήρες θερμότητας, δομές πλαισίου και άλλα μέρη της θερμικής διαδρομής.

Για τις εφαρμογές αυτές, τα υλικά θερμικής διεπαφής με βάση το γραφένιο μπορούν να παρέχουν μια πρόσθετη λειτουργία διάδοσης θερμότητας.

Τα δεδομένα του έργου που παρέχονται αναφέρουν θερμική αγωγιμότητα εντός του επιπέδου έως και:

130 W/m·K

Ο πρωταρχικός στόχος δεν είναι απλώς να μεταφερθεί θερμότητα κατακόρυφα μέσω της διεπαφής. Αντίθετα, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα στο επίπεδο βοηθά στη διανομή τοπικής θερμότητας σε μεγαλύτερη περιοχή.

Οι πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν:

• Πλάκες βάσης αποβλήτων θερμότητας

• Θερμική εξάπλωση του πλαισίου

• Συστήματα πολλαπλών GPU

• Τοποθετημένη διαχείριση hotspot

• Εξισορρόπηση θερμοκρασίας

Επειδή τα θερμικά υλικά με βάση το γραφένιο μπορούν να παρουσιάσουν ανιστροπική θερμική συμπεριφορά,Οι μηχανικοί θα πρέπει να αξιολογούν τόσο την θερμική απόδοση εντός του επιπέδου όσο και μέσω του επιπέδου σύμφωνα με την πραγματική κατεύθυνση ροής θερμότητας..

Ένα κοινό λάθος στον θερμικό σχεδιασμό είναι η επιλογή ενός TIM με βάση μόνο τη θερμική του αγωγιμότητα.

Στην πραγματικότητα, η θερμική απόδοση εξαρτάται από την πλήρη διεπαφή.

Για παράδειγμα, ένα υλικό με εξαιρετικά υψηλή θερμική αγωγιμότητα μπορεί να μην είναι η καλύτερη επιλογή εάν η εφαρμογή απαιτεί:

• Μεγάλη γέμιση κενού

• Ηλεκτρική μόνωση

• Υψηλή συμπίεση

• Εύκολη συναρμολόγηση

• Σύνθετη συμμόρφωση επιφάνειας

• Αυτοματοποιημένη διανομή

• Χαμηλή μηχανική πίεση

Αντίθετα, μια θερμική θήκη με μέτρια θερμική αγωγιμότητα μπορεί να είναι πιο κατάλληλη για ένα συστατικό ισχύος PCB εάν η ηλεκτρική μόνωση και η αντιστάθμιση κενών είναι κρίσιμες.

Επομένως, η διαδικασία επιλογής θα πρέπει να ξεκινά με τηναπαίτηση θερμικής διεπαφής, αντί απλώς να ζητηθεί ποια TIM έχει την υψηλότερη τιμή W/m·K.

Μια απλουστευμένη στρατηγική επιλογής για τη θερμική διαχείριση των διακομιστών AI είναι:

Σκεφτείτε ένα TIM χαμηλής αντίστασης όπως το υγρό μέταλλο όταν η εφαρμογή υποστηρίζει τις απαιτούμενες ηλεκτρικές, μηχανικές, συμβατότητα και την αξιοπιστία.

Τα υλικά αλλαγής φάσης μπορούν να παρέχουν μια λεπτή και συμβατή διεπαφή για ελεγχόμενα κενά.

Τα θερμικά πακέτα μπορούν να παρέχουν συνδυασμό θερμικής μεταφοράς, ηλεκτρικής μόνωσης, συμπλήρωσης κενών και μηχανικής συμμόρφωσης.

Τα υλικά θερμικής διεπαφής με βάση το γραφένιο μπορούν να βοηθήσουν στη διανομή της θερμότητας πλευρικά και στη μείωση της συγκέντρωσης της θερμοκρασίας.

Αυτό δημιουργεί μια θερμική αρχιτεκτονική στην οποία κάθε υλικό έχει σαφώς καθορισμένο ρόλο.

Σύμφωνα με τα παρεχόμενα υλικά του έργου, οι λύσεις θερμικής διαχείρισης αξιολογήθηκαν σε εφαρμογές διακομιστή τεχνητής νοημοσύνης και ευφυών υπολογιστικών κέντρων.

Ένα αναφερόμενο έργο διακομιστή τεχνητής νοημοσύνης για έναν πάροχο υπηρεσιών cloud πέτυχε:

Θερμοκρασία τσιπ: 88°C → 65°C

Το ίδιο υλικό της υπόθεσης ανέφερε28% βελτίωση της απόδοσης υπολογιστών.

Σε ένα άλλο έξυπνο έργο βελτιστοποίησης ψύξης κέντρου υπολογιστών, τα δεδομένα που παρέχονται ανέφεραν:

ΠΟΕ: 1,42 → 1.08

Τα υλικά του έργου ανέφεραν επίσης ετήσια εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας άνω των5 εκατ. kWh.

Για έναν εξειδικευμένο διακομιστή υψηλής απόδοσης τεχνητής νοημοσύνης, το προμηθευμένο υλικό υποθέσεων ανέφερε:

• 10,000 ώρεςσυνεχούς λειτουργίας

• Αλλαγή θερμοκρασίας≤ ±2°C

• Μηδέν αναφερόμενες αστοχίες

Τα στοιχεία αυτά θα πρέπει να επαληθεύονται σε σχέση με τις ισχύουσες συνθήκες δοκιμών, τις εκθέσεις δοκιμών, τις εγκρίσεις των πελατών και τις τελικές προδιαγραφές του προϊόντος πριν από την εξωτερική δημοσίευση.

Το σημαντικότερο μάθημα από αυτό το έργο είναι ότι η θερμική διαχείριση των διακομιστών τεχνητής νοημοσύνης πρέπει να θεωρείται ως πλήρης θερμική διαδρομή.

Το σύστημα ψύξης περιλαμβάνει περισσότερα από την GPU και την ψυχρή πλάκα.

Περιλαμβάνει επίσης:

Ημιαγωγός → TIM → Θερμοδιαχέτης / Ψυχρή Πλάκα → Θερμοαπορροφητήρας → Πλαισίου → Συστήματος ψύξης

Κάθε σημαντική θερμική αντίσταση εντός αυτής της διαδρομής μπορεί να επηρεάσει την τελική θερμοκρασία του συστήματος.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο διαφορετικές τεχνολογίες TIM μπορούν να λειτουργούν από κοινού μέσα στον ίδιο διακομιστή.

Το υγρό μέταλλο μπορεί να μειώσει τη θερμική αντίσταση σε διεπαφές τσιπ υψηλής ισχύος.

Το υλικό αλλαγής φάσης μπορεί να παρέχει λεπτές και συμβατές διεπαφές.

Τα θερμικά στρώματα μπορούν να φιλοξενήσουν μεγαλύτερα κενά παρέχοντας παράλληλα ηλεκτρική μόνωση.

Τα υλικά με βάση το γραφένιο μπορούν να διαδίδουν θερμότητα πλευρικά και να βελτιώνουν την ομοιομορφία της θερμοκρασίας.

Μαζί, αυτές οι τεχνολογίες παρέχουν μια πιο ευέλικτη προσέγγιση στη θερμική διαχείριση διακομιστών υψηλής πυκνότητας τεχνητής νοημοσύνης.

Μια κατάλληλα σχεδιασμένη θερμική στρατηγική πολλαπλών υλικών μπορεί να προσφέρει διάφορα οφέλη:

• Τεχνική αντίσταση

• Καλύτερη αντιστάθμιση κενών

• Βελτιωμένη Ηλεκτρική Ασφάλεια

• Βελτιωμένη ομοιόμορφη θερμοκρασία

• Μεγαλύτερη ευελιξία σχεδιασμού

Καθώς οι διακομιστές τεχνητής νοημοσύνης συνεχίζουν να εξελίσσονται προς υψηλότερη πυκνότητα ισχύος GPU, συμπαγές αρχιτεκτονικές, και προηγμένα συστήματα ψύξης,Τα υλικά θερμικής διεπαφής θα διαδραματίσουν όλο και πιο σημαντικό ρόλο στη διατήρηση των επιδόσεων υπολογιστών και της αξιοπιστίας του συστήματος.

Το κλειδί δεν είναι απλώς να επιλέξετε το TIM με την υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα.

Μια επιτυχημένη λύση διαχείρισης θερμότητας πρέπει να λαμβάνει υπόψη τον πλήρη συνδυασμό:

Θερμική αγωγιμότητα + θερμική αντίσταση + κενό + συμπίεση + ηλεκτρική μόνωση + διαδικασία συναρμολόγησης + αξιοπιστία

Σε αυτό το έργο πελάτη, ένας συνδυασμόςυγρό μέταλλο TIM, υλικό αλλαγής φάσης, θερμικές πλάκες υψηλής θερμικής αγωγιμότητας και υλικά θερμικής διεπαφής με βάση το γραφένιοΧρησιμοποιήθηκε για να απευθύνεται σε διαφορετικές θερμικές διεπαφές σε έναν διακομιστή υψηλής πυκνότητας AI.

Η συγκεκριμένη προσέγγιση της εφαρμογής παρέχει ένα ευέλικτο μονοπάτι για τη διαχείρισησημεία θερμότητας σε επίπεδο τσιπ και διανομή θερμότητας σε επίπεδο συστήματος, υποστηρίζοντας τη συνεχιζόμενη ανάπτυξη υποδομής υπολογιστών υψηλής απόδοσης τεχνητής νοημοσύνης.

Για τις υψηλής ισχύος διεπαφές GPU προς ψύξη, μπορούν να εξεταστούν υλικά χαμηλής θερμικής αντοχής, όπως υγρό μέταλλο, όταν η εφαρμογή πληροί τις απαιτούμενες ηλεκτρικές απαιτήσεις,Μηχανολογικό, συμβατότητας και αξιοπιστίας.

Τα θερμικά pads παραμένουν χρήσιμα για διεπαφές που απαιτούν συμπλήρωση κενών, ηλεκτρική μόνωση, μηχανική συμμόρφωση και βολική συναρμολόγηση.Είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για εφαρμογές PCB και συστατικών ισχύος.

Τα υλικά αλλαγής φάσης μπορούν να παρέχουν μια λεπτή διεπαφή, βελτιώνοντας παράλληλα τη συμμόρφωση με τις επιφάνειες ζεύξης υπό κατάλληλες συνθήκες λειτουργίας.Μπορούν να είναι χρήσιμα για μνήμη και άλλες συμπαγές διεπαφές συστατικών.

Τα υλικά θερμικής διεπαφής με βάση το γραφένιο μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πλευρική διάδοση θερμότητας και εξισορρόπηση θερμοκρασίας.Η υψηλή θερμική αγωγιμότητά τους στο επίπεδο τους καθιστά ιδιαίτερα ενδιαφέρουσες για τη διαχείριση hotspot και τη θερμική κατανομή σε επίπεδο συστήματος.

Το πάχος TIM θα πρέπει να βασίζεται στο πραγματικό κενό της διεπαφής, την ανοχή των συστατικών, την απαιτούμενη συμπίεση και το εύρος εφαρμογής που συνιστά ο κατασκευαστής.ενώ το υπερβολικό πάχος μπορεί να αυξήσει τη θερμική αντοχή.

Ναι, διαφορετικά εξαρτήματα έχουν διαφορετικές θερμικές και μηχανικές απαιτήσεις.και υλικά με βάση το γραφένιο σε διαφορετικά μέρη της ίδιας θερμικής αρχιτεκτονικής.

Το ZIITEK παρέχει πολλαπλές τεχνολογίες θερμικής διεπαφής και μπορεί να αξιολογήσει την επιλογή TIM με βάση τη θερμική αγωγιμότητα, τη θερμική αντίσταση, το κενό, τη σκληρότητα, την ηλεκτρική μόνωση, τη διαδικασία συναρμολόγησης,θερμοκρασία λειτουργίας, και απαιτήσεις αξιοπιστίας.