Quản lý nhiệt máy chủ AI: Cách kết hợp tốt nhất Gel tản nhiệt và miếng đệm nhiệt

Với việc triển khai nhanh chóng các ứng dụng-đào tạo mô hình quy mô lớn và suy luận AI, mức tiêu thụ điện năng của từng thẻ máy chủ AI tiếp tục phá kỷ lục. Độ cong vênh của chip, dung sai lắp ráp, chênh lệch chiều cao của thiết bị và hoạt động liên tục kéo dài đặt ra những thách thức nghiêm ngặt đối với vật liệu TIM (Vật liệu giao diện nhiệt). Nhiều kỹ sư thiết kế tản nhiệt phải đối mặt với một vấn đề nan giải: họ nên chọn gel tản nhiệt hay miếng silicon tản nhiệt cho các bộ phận tạo nhiệt-lõi?

Chỉ dựa vào một vật liệu sẽ khó giải quyết đồng thời nhiều yêu cầu về mật độ dòng nhiệt cao, dung sai kết cấu, cách điện, sản xuất hàng loạt và bảo trì sau{0}}. Hai tài liệu này bổ sung cho nhau; hiểu các kịch bản ứng dụng của chúng và kết hợp chúng đúng cách là chìa khóa cho giải pháp tản nhiệt hiệu quả.

So sánh các đặc tính cốt lõi của Gel tản nhiệt và Miếng silicon tản nhiệt

Gel nhiệt: Thích ứng với các nguồn nhiệt cốt lõi, phù hợp với dung sai lắp ráp
Gel nhiệt là một chất liệu bán{0}}lỏng, giống như thạch{1}}hỗ trợ các quy trình phân phối tự động. Dưới áp lực, nó chảy tự do để lấp đầy các khoảng trống, mang lại khả năng chịu đựng tuyệt vời cho độ cong vênh của chip và dung sai lắp ráp. Ứng suất tiếp xúc thấp của nó bảo vệ hiệu quả các thiết bị như GPU và HBM.

Ưu điểm: Có thể lấp đầy khoảng trống 0,2-2mm, chống bơm ra trong điều kiện chu kỳ nhiệt độ cao và thấp, duy trì khả năng chịu nhiệt ổn định và phù hợp cho hoạt động tự động trên dây chuyền sản xuất khối lượng lớn.

Nhược điểm: Hiệu suất cách điện hạn chế, việc sửa chữa và làm lại tương đối rắc rối, không phù hợp để sử dụng trực tiếp trên các thiết bị điện cao áp.

Các ứng dụng chính: lõi GPU, bộ nhớ HBM, CPU và các giao diện tản nhiệt chip chính khác.

[Giữa GPU và tấm nguội, có một số hiện tượng cong vênh của chip và sẽ có sự dao động về dung sai trong toàn bộ cụm. Gel dẫn nhiệt, dưới áp suất, lấp đầy hoàn toàn các khoảng trống giao diện, loại bỏ các khoảng trống và tránh làm hỏng bộ nhớ HBM với ứng suất thấp hơn. Nó cũng thích hợp để phân phối tự động trong các nhà máy, đảm bảo tính nhất quán trong-sản phẩm có khối lượng lớn và tránh chênh lệch nhiệt độ do quá trình sấy khô và bơm ra khỏi mỡ silicon truyền thống.]

Tấm Silicon Dẫn Nhiệt: Đệm cách nhiệt, phân tán các nguồn nhiệt xung quanh. Tấm silicon dẫn nhiệt là vật liệu tấm đàn hồi đúc sẵn có thể được cắt khuôn theo kích thước tùy chỉnh. Chúng có các đặc tính-cách điện và chống cháy-tích hợp, dễ lắp ráp (chỉ cần áp dụng) và thuận tiện khi tháo rời và làm lại, khiến chúng thích hợp cho việc tản nhiệt của các bộ phận ngoại vi trên bảng mạch.

Ưu điểm: Hiệu suất cách nhiệt và chịu được điện áp tuyệt vời, cung cấp lớp đệm và khả năng hấp thụ sốc, không cần thiết bị đặc biệt và dễ bảo trì.

Nhược điểm: Độ dày cố định, khả năng thích ứng kém với dung sai lắp ráp lớn, áp suất quá cao có thể làm hỏng chip, áp suất không đủ có thể gây ra các khoảng trống tiếp xúc.

Ứng dụng chính: Mô-đun nguồn, MOSFET, chip BMC, SSD và các thành phần ngoại vi khác.

[IC nguồn, MOSFET, BMC, SSD, v.v., có công suất tản nhiệt tương đối thấp hơn và có thể kiểm soát được sự khác biệt về chiều cao của chúng. Các miếng silicon dẫn nhiệt có độ dày phù hợp sẽ lấp đầy khoảng trống giữa các bộ phận và tản nhiệt/vỏ, đồng thời đạt được khả năng cách điện. Việc lắp ráp rất đơn giản, việc sửa chữa và thay thế bo mạch trong tương lai sẽ thuận tiện hơn.]

Do đó, thiết kế tổng thể hợp lý cho máy chủ AI là: sử dụng gel dẫn nhiệt ở các khu vực lõi để xử lý mật độ dòng nhiệt cao do mức tiêu thụ điện năng cao và sử dụng miếng silicon dẫn nhiệt ở các khu vực ngoại vi để cân bằng hiệu quả cách nhiệt, đệm và lắp ráp.

⚠️Mẹo lựa chọn:

Không bao phủ toàn bộ lõi GPU bằng miếng đệm nhiệt, vì sự dao động dung sai có thể dễ dàng dẫn đến các điểm nóng và kết nối kém. Ngoài ra, tránh phủ gel tản nhiệt lên toàn bộ bảng vì điều này gây lãng phí tài nguyên và gây rủi ro về cách điện ở các khu vực có điện áp cao. Lựa chọn vật liệu không chỉ nên xem xét tính dẫn nhiệt; các khoảng trống, ứng suất, cách nhiệt và quy trình sản xuất đều cần được xem xét một cách toàn diện.