Công nghệ tản nhiệt Thermosyphon trong GPU

vvvVới sự phát triển của deep learning, mô phỏng, thiết kế BIM và các ứng dụng công nghiệp AEC trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, dưới sự hỗ trợ của công nghệ GPU ảo công nghệ AI, cần phải có khả năng phân tích sức mạnh tính toán GPU mạnh mẽ. Cả máy chủ GPU và máy trạm GPU đều có xu hướng được thu nhỏ, mô đun hóa và tích hợp cao. Mật độ dòng nhiệt thường đạt 7-10 lần so với thiết bị máy chủ GPU làm mát bằng không khí truyền thống. Do lắp đặt các mô-đun tập trung nên có số lượng lớn card đồ họa GPU NVIDIA tỏa nhiệt lớn nên vấn đề tản nhiệt rất nổi bật. Trước đây, công nghệ thiết kế tản nhiệt thông dụng không còn đáp ứng được yêu cầu của các hệ thống mới. Máy chủ GPU làm mát bằng nước truyền thống hoặc máy chủ GPU làm mát bằng chất lỏng không thể tách rời khỏi sự hỗ trợ của quạt. Hôm nay chúng ta sẽ phân tích công nghệ tản nhiệt thermosiphon.

Hiện nay, công nghệ tản nhiệt thermosyphon trên thị trường chủ yếu sử dụng bộ tản nhiệt dạng cột hoặc tấm làm thân, một ống môi trường nhiệt được đưa vào đáy bộ tản nhiệt, chất lỏng làm việc được bơm vào vỏ và thiết lập môi trường chân không. . Đây là một ống dẫn nhiệt trọng lực ở nhiệt độ bình thường. Quy trình làm việc như sau: Ở phía dưới bộ tản nhiệt, hệ thống sưởi làm nóng chất lỏng làm việc trong vỏ thông qua ống dẫn nhiệt. Trong phạm vi nhiệt độ làm việc, chất lỏng làm việc sôi lên và hơi nước bốc lên phần trên của bộ tản nhiệt để ngưng tụ và giải phóng nhiệt, và nước ngưng chảy dọc theo thành trong của bộ tản nhiệt. Dòng hồi lưu đến phần gia nhiệt được làm nóng và bay hơi trở lại, nhiệt được truyền từ nguồn nhiệt đến bộ tản nhiệt thông qua sự thay đổi pha chu kỳ liên tục của chất lỏng làm việc để đạt được mục đích sưởi ấm và sưởi ấm.

Ứng dụng tản nhiệt thermosyphon trên máy trạm GPU:

Làm thế nào mỗi thế hệ bộ làm mát CPU di chuyển từng bước đến giới hạn hiệu suất lý thuyết hiện đại. Từ tản nhiệt nhôm nguyên thủy nhất cho đến nay, nó là một lựa chọn tốt. Bạn có thể nghĩ rằng vì một số loại vây nhỏ rất dễ sử dụng, nên sử dụng càng nhiều vây càng lớn thì càng tốt? Tuy nhiên, kết quả không phải như vậy. Các vây càng ở xa nguồn nhiệt thì nhiệt độ của các vây càng thấp. Khi nhiệt độ giảm xuống bằng nhiệt độ của không khí xung quanh thì dù các cánh tản nhiệt có được làm ra bao lâu đi chăng nữa thì quá trình truyền nhiệt cũng sẽ không tiếp tục tăng.

Khi mức tiêu thụ điện năng tính toán GPU hiện đại bước vào khoảng 75 đến 350 watt hoặc thậm chí cao hơn, các kỹ sư thiết kế nhiệt sẽ chuyển sang phát triển các phương pháp tản nhiệt mới. Bản thân ống dẫn nhiệt không tăng cường khả năng tản nhiệt của bộ tản nhiệt. Chức năng của nó là sử dụng đồng thời dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt để đạt được hiệu suất truyền nhiệt cao hơn nhiều so với chính kim loại.

Ngay từ năm 1937, công nghệ xi phông nhiệt đã xuất hiện. Trong quá trình hoạt động bình thường, chất lỏng bên trong ống dẫn nhiệt sẽ sôi, hơi nước sẽ đi đến đầu ngưng tụ qua buồng hơi, sau đó hơi nước sẽ quay trở lại chất lỏng rồi quay trở lại nguồn nhiệt qua lõi ống. Lõi ống thường bằng kim loại thiêu kết. Tuy nhiên, nếu ống dẫn nhiệt hấp thụ quá nhiều nhiệt sẽ xảy ra hiện tượng “khô ống dẫn nhiệt”. Chất lỏng không chỉ trở thành hơi trong buồng hơi mà còn trở thành hơi trong lõi ống, ngăn không cho chất lỏng quay trở lại nguồn nhiệt, điều này làm tăng đáng kể khả năng chịu nhiệt của ống dẫn nhiệt.

Bây giờ điểm nổi bật của chúng ta là-thermosyphon. Tản nhiệt Thermosyphon không giống như ống dẫn nhiệt, sử dụng lõi ống để đưa chất lỏng trở lại đầu bay hơi mà chỉ sử dụng trọng lực, kết hợp với một số thiết kế khéo léo để tạo thành vòng tuần hoàn và sử dụng quá trình bay hơi chất lỏng như một máy bơm nước . Đây không phải là công nghệ mới, nó rất phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp có lượng nhiệt tỏa ra lớn.

Nói chung, chất làm lạnh bên trong GPU sẽ sôi lên, chảy ngược lên phía ngưng tụ bên trong, chuyển trở lại dạng lỏng và quay trở lại phía bay hơi. Về mặt lý thuyết có hai ưu điểm chính:

1. Tránh làm ống dẫn nhiệt bị khô và có thể được sử dụng để ép xung các chip hiệu suất cực cao

2. Vì không cần máy bơm nước nên độ tin cậy tốt hơn so với tản nhiệt nước tích hợp truyền thống

Điểm quan trọng nhất của tản nhiệt thermosiphon là độ dày của nó sẽ giảm từ 103 mm truyền thống xuống chỉ còn 30 mm (giảm xuống dưới một phần ba), và hình dạng tương đối nhỏ và sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất. Để thuận tiện cho việc gia công thiết bị tản nhiệt thermosyphon, hầu hết các nhà sản xuất hiện nay đều sử dụng vật liệu nhôm. Đồng cũng được sử dụng và nhiệt độ có thể giảm xuống 5-10 độ, chỉ dành cho các máy chủ GPU tạo ra nhiều nhiệt hơn.