Tecnología híbrida de placa fría: mejora del enfriamiento del chip de IA con transición térmica de dos fases

Con el rápido avance de la tecnología de IA, las soluciones de refrigeración para chips de alto consumo de energía se han vuelto cada vez más críticas. Este estudio explora el desarrollo y la evaluación del rendimiento de placas frías híbridas, que combinan refrigeración líquida con tecnología de transición térmica de dos fases, proporcionando un salto significativo en la eficiencia de la gestión térmica.

Comprensión de las placas frías híbridas

Placas frías híbridas son soluciones de refrigeración innovadoras que integran refrigeración líquida con tecnología de transición térmica de dos fases. Esta combinación aprovecha las fortalezas de los tubos de calor y las cámaras de vapor, que son componentes esenciales para el diseño del disipador de calor, gestionando eficazmente el calor a través del ciclo de cambio de fase de evaporación y condensación.

Características y ventajas clave

• Eficiencia de conducción de calor rápida: El calor en estado de vapor se conduce desde el extremo caliente al extremo frío a una velocidad cercana a la del sonido.

• Capacidad extrema de transferencia de calor: Cuando los ciclos de evaporación y condensación del líquido interno alcanzan un equilibrio perfecto, en teoría, la placa fría puede transportar continuamente una cantidad infinita de calor. Lograr este equilibrio es el estado de trabajo ideal para elementos de flujo de dos fases.

Superar los desafíos técnicos en la refrigeración por agua: el camino hacia las placas frías híbridas

Al abordar los desafíos técnicos que plantea la refrigeración por agua para CPU de alta densidad, se hizo evidente que se necesitaban nuevas soluciones tecnológicas. Después de revisar una extensa literatura de investigación sobre placas de refrigeración por agua para CPU, identificamos que el rendimiento de estas placas está influenciado por varios factores clave:

1. Asource (área de fuente de calor)

2. Aplate (área de la placa base)

3. 入 (Parámetro de relación de área)

4. Ro (Resistencia térmica de la placa de refrigeración por agua)

A partir de los gráficos de simulación de flujo de fluido y transferencia de calor del modelo informático, queda claro que estos cuatro factores contribuyen en proporciones variables al rendimiento general. Entre ellos, la resistencia térmica a la difusión (Rsp) de la base de la placa fría surgió como el área de optimización más importante. Este hallazgo indicó que si pudiéramos mejorar las características de difusión de la placa base, podríamos abordar eficazmente el problema de la alta densidad de calor.

Desarrollo de la placa fría híbrida

Armados con esta idea, nos embarcamos en el desarrollo de una nueva solución tecnológica que integraría la tecnología de transición térmica de dos fases con la tecnología de microcanales. Esta innovación condujo a la creación de lo que ahora llamamos placa fría híbrida.

A partir de 15 años de experiencia en el desarrollo de disipadores térmicos y placas frías, nuestro equipo definió una especificación clara para esta nueva placa fría. El siguiente paso fue diseñar y crear prototipos de dos versiones: una es una placa fría de microcanal tradicional y la otra nuestra placa fría híbrida recientemente conceptualizada.

La muestra #1-#6 es una placa fría híbrida que se llena con un valor de agua del 92% al 127% y la muestra #7 es una placa fría de microcanal.

Evaluación del rendimiento de placas frías híbridas

Una vez que los prototipos estuvieron listos, realizamos rigurosas evaluaciones de desempeño para comparar la eficiencia y efectividad de estos diseños.

Prueba de resistencia al flujo

Se conectaron siete muestras de placa fría a un sistema de bomba que suministraba agua a caudales de 0,8/1,2/1,5 LPM. Los valores de resistencia al flujo se registraron de la siguiente manera:

Los resultados indican que todas las muestras de placa fría tienen una resistencia al flujo muy similar, lo que demuestra consistencia en el rendimiento.

Prueba de rendimiento térmico

• Condiciones de prueba:

• Temperatura ambiente: 26-28°C

• Líquido: agua pura

• Caudal: 1,2 l/min

• Temperatura de entrada de agua: 28ºC

• Superficie de contacto del calentador ficticio: 20x20mm

• Carga de calor: 200/350/500/650W

Resultado de la prueba:

Las pruebas de rendimiento térmico revelaron que el valor de inyección de agua de la cámara de vapor afecta significativamente la capacidad máxima de transferencia de calor (Q-max). Por ejemplo, la muestra n.° 3 se secó con una carga de calor de 450 W, mientras que la muestra n.° 2 se secó con 550 W. Las muestras 4 y 6 demostraron el mejor rendimiento con cargas de calor superiores a 300 W.

Conclusión

Los resultados de las pruebas indican que al ajustar el valor de inyección de agua, la placa fría híbrida puede superar a las placas frías de microcanales normales en términos de rendimiento térmico. Este avance hace placas frías híbridas una opción superior para enfriar chips de IA de alta potencia.

Winshare Térmico es un proveedor profesional de soluciones de refrigeración líquida. Si necesita soporte para el desarrollo de kits térmicos, visite nuestro sitio web o envíanos un correo electrónico a gavin@winsharethermal.com.