Vấn đề tản nhiệt của công nghệ tản nhiệt máy chủ GPU-thermosyphon

Với sự phát triển của học sâu, mô phỏng, thiết kế BIM và các ứng dụng công nghiệp AEC trong các ngành khác nhau, dưới sự hỗ trợ của công nghệ GPU ảo công nghệ AI, yêu cầu phân tích sức mạnh tính toán GPU mạnh mẽ. Cả máy chủ GPU và máy trạm GPU đều có xu hướng thu nhỏ, mô-đun hóa và tích hợp cao. Mật độ dòng nhiệt thường đạt gấp 7-10 lần so với thiết bị máy chủ GPU làm mát bằng không khí truyền thống. Do việc lắp đặt tập trung các mô-đun, có một số lượng lớn các card đồ họa GPU NVIDIA có lượng nhiệt lớn nên vấn đề tản nhiệt rất nổi cộm. Trong quá khứ, công nghệ thiết kế tản nhiệt được sử dụng phổ biến không còn có thể đáp ứng được các 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 sự hỗ trợ của quạt. Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau phân tích về công nghệ tản nhiệt thermosiphon.

Hiện tại, công nghệ tản nhiệt thermosyphon trên thị trường chủ yếu sử dụng tản nhiệt dạng cột hoặc tấm làm thân, ống môi chất nhiệt được đưa vào đáy tản nhiệt, chất lỏng hoạt động được bơm vào vỏ, tạo môi trường chân không. . Đây là một ống dẫn nhiệt trọng lực nhiệt độ bình thường. Quá trình làm việc như sau: Ở đáy bộ tản nhiệt, hệ thống gia nhiệt làm nóng chất lỏng công tác trong vỏ qua ống môi chất nhiệt. Trong phạm vi nhiệt độ làm việc, chất lỏng làm việc sôi, 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. Phần hồi lưu đến bộ phận gia nhiệt được đốt nóng và bay hơi trở lại, và nhiệt được truyền từ nguồn nhiệt đến bộ phận tản nhiệt thông qua sự thay đổi pha chu kỳ liên tục của chất lỏng làm việc để đạt được mục đích đốt nóng và đốt nóng.

1 Ứng dụng của tản nhiệt thermosyphon trên máy trạm GPU

Làm thế nào để mỗi thế hệ bộ làm mát CPU di chuyển từng bước đến giới hạn của hiệu suất lý thuyết đương thời. Từ nhôm tản nhiệt thô sơ nhất cho đến thời điểm hiện tại đều là lựa chọn tốt. Bạn có thể nghĩ rằng vì một số vây nhỏ rất dễ sử dụng, nên càng nhiều vây lớn càng tốt để sử dụng? Tuy nhiên, kết quả không phải như vậy. Các cánh tản nhiệt càng xa nguồn nhiệt thì nhiệt độ của các cánh tản nhiệt càng giảm. Khi nhiệt độ giảm xuống bằng nhiệt độ của không khí xung quanh thì dù có làm cánh tản nhiệt trong bao lâu thì sự truyền nhiệt vẫn không tiếp tục tăng lên.

Khi mức tiêu thụ điện năng của GPU hiện đại vào khoảng 75 đến 350 watt hoặc thậm chí cao hơn, các kỹ sư thiết kế nhiệt chuyển sang phát triển các phương pháp tản nhiệt mới. Bản thân ống dẫn nhiệt không tăng cường khả năng tản nhiệt cho 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 phích nước đã xuất hiện. Trong quá trình hoạt động bình thường, chất lỏng bên trong ống nhiệt sẽ sôi, và hơi nước sẽ 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 nhiệt hấp thụ quá nhiều nhiệt sẽ xảy ra hiện tượng" ống nhiệt bị khô" sẽ xảy ra. Chất lỏng không chỉ trở thành hơi nước trong buồng hấp mà còn trở thành hơi nước trong lõi ống, ngăn không cho nó biến đổi thành chất lỏng để quay trở lại nguồn nhiệt, điều này làm tăng đáng kể điện trở nhiệt của ống dẫn nhiệt.

Bây giờ điểm nổi bật của chúng tôi là đến-thermosyphon. Tản nhiệt Thermosyphon không giống như một ống dẫn nhiệt, sử dụng một 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 một vòng tuần hoàn, và sử dụng quá trình bay hơi chất lỏng như một máy bơm nước. . Đây không phải là một công nghệ mới, nó rất phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp với khả năng tỏa nhiệt lớn.

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

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

2. Bởi vì không cần bơm nước, độ tin cậy tốt hơn so với làm mát 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 dáng tương đối nhỏ nên sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất. Để thuận tiện cho việc gia công thiết bị tản nhiệt thermosyphon, hiện nay hầu hết các nhà sản xuất đều sử dụng vật liệu nhôm. Đồng cũng được sử dụng và nhiệt độ có thể giảm 5-10 độ, chỉ dành cho các máy chủ GPU tạo ra nhiều nhiệt hơn.