Kerndefinition und Arbeitsprinzip

Hauptstrukturen und Herstellungsprozesse

• Skived Flossen / Mikro-Kanal Kühlplatten (Mainstream für Supercomputer): Mikrokanale oder Flossen mit einer Breite von 0,1 mm werden mit hoher Präzision bearbeitet oder auf Kupfer- oder Aluminiumsubstraten geätzt.MLCP (Microchannel Cooling Plate Integrated Package) integriert die Kühlplatte weiter mit dem Chip IHS, wodurch die Zwischenschicht TIM beseitigt und der Wärmewiderstand um mehr als 40% reduziert wird, geeignet für GPUs/CPUs mit einer Leistung von 1500~2000 W.
• mit einer Breite von nicht mehr als 15 mm: Kupferröhren sind in gefräsene Rillen auf der Basisplatte eingebettet und durch Schweißen versiegelt.,Obwohl mit etwas höherem lokalen Wärmewiderstand.
• 3D-gedruckte Kühlplatten: Hergestellt mittels SLM-Technologie mit Kupferlegierungen mit topologisch optimierten Durchflusskanälen.Aber die hohen Massenproduktionskosten beschränken den Einsatz auf maßgeschneiderte Supercomputerkomponenten.
• Gehauene/extrudierte Kühlplatten: geringe Kosten und hohe Produktionsgeschwindigkeit, aber begrenzte thermische Leistung; im Allgemeinen nicht für Kerncomputerchips verwendet.

Wichtige technische Spezifikationen und Systemunterstützung

• Materialien: Kupfer (Wärmeleitfähigkeit 401 W/m·K), bevorzugt für den Wärmeaustausch), Aluminium (leicht und kostengünstig für Hilfsbauteile).Bei hochwertigen Modellen werden Kupfer-Wolframlegierungen verwendet, um die Wärmeleitfähigkeit und den Wärmeausdehnungskoeffizienten auszugleichen.
• Versiegelung und Sicherheit: Doppel-O-Ringe + Vakuum-Blöten, Leckrate < 10−6 ml/h. Ausgestattet mit Druck-/Flüssigkeitslecksensoren und automatischen Abschaltventilen.
• Kühlmittel: Deionisiertes Wasser (niedrige Kosten, hohe spezifische Wärmekapazität), Wasserglykol (Antifrost), elektronische fluorierte Flüssigkeit (Isoliermittel, für Leckageempfindliche Anwendungen).
• CDU und Kontrolle: Temperaturregelungsgenauigkeit ±0,5 °C, einstellbarer Durchfluss, um übermäßige Temperaturunterschiede zwischen den Chips zu vermeiden.
• Wärmeeffizienz: Wärmeflussdichte bis zu 100 W/cm2+, Temperaturunterschied an der Splitteroberfläche < 5 °C.

Typische Supercomputeranwendungen

• Summit / Sierra (Oak Ridge / Lawrence Livermore National Laboratory, USA): Übernahme der Hybridkühlung mit direkter Kühlung für alle CPUs und GPUs. Kühlplatten verarbeiten 90% der Wärmebelastung. Die Kühlwassertemperatur übersteigt 40 °C, was den Systemenergieverbrauch erheblich reduziert.
• Inländische Exaskala-Supercomputer der neuen Generation (z. B. Nachfolge-Modelle von Sunway, Tianhe)Einige nehmen MLCP und Zwei-Phase-Kühlung (Wärmeabsorption von Phasenwechselflüssigkeiten durch Sieden) an.weitere Verbesserung der Kühlleistung und Senkung des Pumpenstromverbrauchs um 30%~60%.

Herausforderungen und Entwicklungstrends

• Kosten und Herstellung: Mikrokanäle und MLCP erfordern eine äußerst hohe Bearbeitungsgenauigkeit, und der Ertrag beeinflusst die Kosten direkt.
• Instandhaltung: Langfristiger Betrieb erfordert eine hohe Reinheit des Kühlmittels und saubere Rohrleitungen, um Korrosion und Verschmutzung zu vermeiden.
• Trends: Integration von Kühlplatten und Chipverpackungen, Zwei-Phasen-Kühlung, Hybrid-Eintauchen + Kühlplattenlösungen und KI-basierte vorausschauende Steuerung für CDU-Durchfluss und Temperatur.