Technologie de dissipation thermique par thermosiphon dans le GPU

vvvAvec le développement d'applications industrielles d'apprentissage profond, de simulation, de conception BIM et d'AEC dans diverses industries, sous la bénédiction de la technologie GPU virtuel de la technologie IA, une puissante analyse de la puissance de calcul GPU est nécessaire. Les serveurs GPU et les postes de travail GPU ont tendance à être miniaturisés, modularisés et hautement intégrés. La densité du flux thermique atteint souvent 7-10 fois celle d'un équipement de serveur GPU traditionnel refroidi par air. En raison de l'installation centralisée des modules, il existe un grand nombre de cartes graphiques NVIDIA GPU avec une grande quantité de chaleur, le problème de dissipation thermique est donc très important. Dans le passé, la technologie de conception de dissipation thermique couramment utilisée ne pouvait plus répondre aux exigences des nouveaux systèmes. Les serveurs GPU traditionnels refroidis par eau ou les serveurs GPU refroidis par liquide ne peuvent pas être séparés du support des ventilateurs. Aujourd'hui, nous analyserons la technologie de dissipation thermique par thermosiphon.

À l'heure actuelle, la technologie de dissipation thermique par thermosiphon sur le marché utilise principalement un radiateur à colonne ou à plaques comme corps, un tube de fluide caloporteur est inséré dans le bas du radiateur, un fluide de travail est injecté dans la coque et un environnement sous vide est établi. . Il s'agit d'un caloduc par gravité à température normale. Le processus de travail est le suivant : Au bas du radiateur, le système de chauffage chauffe le fluide de travail dans la coque à travers le tuyau de fluide caloporteur. Dans la plage de température de fonctionnement, le fluide de travail bout et la vapeur monte vers la partie supérieure du radiateur pour se condenser et libérer de la chaleur, et le condensat s'écoule le long de la paroi interne du radiateur. Le reflux vers la section de chauffage est chauffé et évaporé à nouveau, et la chaleur est transférée de la source de chaleur au dissipateur thermique par le changement de phase de cycle continu du fluide de travail pour atteindre l'objectif de chauffage et de chauffage.

L’application de la dissipation thermique par thermosiphon sur les postes de travail GPU :

Comment chaque génération de refroidisseurs de processeur évolue-t-elle étape par étape jusqu'à la limite des performances théoriques contemporaines. Du dissipateur thermique en aluminium le plus primitif jusqu'à aujourd'hui, c'est un bon choix. Vous pensez peut-être que puisque certaines petites palmes sont si faciles à utiliser, est-il préférable d’utiliser des palmes plus nombreuses et plus grandes ? Cependant, le résultat n’est pas le cas. Plus les ailettes sont éloignées de la source de chaleur, plus la température des ailettes est basse. Lorsque la température descend jusqu'à la température de l'air ambiant, quelle que soit la durée de fabrication des ailettes, le transfert de chaleur ne continuera pas à augmenter.

Lorsque la consommation électrique des GPU modernes entre 75 et 350 watts, voire plus, les ingénieurs en conception thermique se tournent vers le développement de nouvelles méthodes de dissipation thermique. Le caloduc lui-même n’améliore pas la capacité de dissipation thermique du radiateur. Sa fonction est d'utiliser simultanément la conduction thermique et la convection thermique pour obtenir une efficacité de transfert thermique bien supérieure à celle du métal lui-même.

Dès 1937, la technologie du thermosiphon apparaît. Pendant le fonctionnement normal, le liquide à l'intérieur du caloduc bouillirait et la vapeur atteindrait l'extrémité de condensation à travers la chambre à vapeur, puis la vapeur retournerait au liquide puis retournerait à la source de chaleur à travers le noyau du tube. L'âme du tube est généralement en métal fritté. Cependant, si le caloduc absorbe trop de chaleur, le phénomène de « séchage du caloduc » se produira. Le liquide devient non seulement de la vapeur dans la chambre à vapeur, mais aussi de la vapeur dans le noyau du tube, ce qui l'empêche de redevenir liquide pour retourner à la source de chaleur, ce qui augmente considérablement la résistance thermique du caloduc.

Maintenant, notre point culminant est le thermosiphon. La dissipation thermique du thermosiphon n'est pas comme un caloduc, qui utilise un noyau de tube pour ramener le liquide à l'extrémité d'évaporation, mais utilise uniquement la gravité, associée à des conceptions ingénieuses pour former une circulation, et utilise le processus d'évaporation du liquide comme pompe à eau. . Il ne s’agit pas d’une technologie nouvelle, elle est très courante dans les applications industrielles à fort dégagement de chaleur.

De manière générale, le réfrigérant à l'intérieur du GPU va bouillir, s'écouler vers le haut dans le côté condensation à l'intérieur, redevenir liquide et retourner du côté évaporation. Il y a en théorie deux avantages majeurs :

1. Évitez que les caloducs ne se dessèchent et peuvent être utilisés pour overclocker des puces ultra-hautes performances

2. Comme il n'y a pas besoin de pompe à eau, la fiabilité est meilleure que le refroidissement par eau intégré traditionnel

Le point le plus important de la dissipation thermique du thermosiphon est que son épaisseur sera réduite des 103 mm traditionnels à seulement 30 mm (réduite à moins d'un tiers), et la forme est relativement petite et ne compromettra pas les performances. Afin de faciliter le traitement des équipements de dissipation thermique par thermosiphon, la plupart des fabricants utilisent actuellement des matériaux en aluminium. Le cuivre est également utilisé et la température peut être abaissée de 5-10 degrés, uniquement pour les serveurs GPU qui génèrent plus de chaleur.