今後10年間の液冷市場の成長率は16%にもなる

ハイ パフォーマンス コンピューティングや人工知能の大規模モデル トレーニングなどの業界は、高性能プロセッサに依存しています。これらのプロセッサは大量のコンピューティング タスクを処理する必要があるため、膨大な量の熱を発生します。したがって、多数のプロセッサとネットワーク デバイスを収容するデータ センターは、大量の熱を発生します。プロセッサの過熱を防ぎ、最適なパフォーマンスを維持するには、効率的な冷却ソリューションが不可欠です。

従来の空冷方式と比較して、液冷は放熱効率が高くなります。液体は熱容量と熱伝導率が高いため、電子デバイスからより効果的に熱を除去できます。最新の電子機器がますます強力になり、より多くの熱を発生するため、液体冷却システムの開発が大きな注目を集めています。 液体冷却は広く使用されており、有望な冷却ソリューションです。今後 10 年間で、データセンター液体冷却の年間複合成長率は 16% に達し、他の液体冷却代替品も大幅に成長すると予想されます。

コールド プレートのユニークな差別化要因は、その内部の微細構造にあります。現在、コールド プレート ソリューションにマイクロチャネルを使用することが、データセンターの冷却アプリケーションと研究の焦点となっています。マイクロチャネル コールド プレートは優れた熱伝達能力を提供しますが、小さな異物の堆積によってマイクロチャネルが閉塞してしまいます。熱流束が高すぎると、マイクロチャネル内の流体が単相から予期せぬ二相に変化し、生じた気泡をすぐに除去できず、チャネルの局所的な乾燥が発生する可能性があります。これらの問題は、マイクロチャネル コールド プレートの熱伝達性能の低下につながります。従来の平行マイクロチャネル液冷プレートは、熱流束密度が低く、流量分布が不均一であるため、高性能サーバーチップの熱放散という課題に直面しています。

したがって、研究者は、さまざまな不連続構造と特殊なチャネル パターンを使用して、スムーズな流れを中断し、流体の乱流を促進し、熱伝達面積を増やしてコールド プレートの熱伝達を強化しています。ただし、これにより圧力損失が大きくなることが多く、慎重なコールド プレート微細構造設計と流体力学シミュレーションが必要になります。コールドプレートの微細構造の革新は非常に重要です。現在、流れの乱れによる熱伝達を強化し、プロセッサーのパッケージングと直接統合してインターフェースの熱抵抗を低減しています。

この革新的な液体冷却技術の設計は、マイクロチャネル統合ヒートシンク (MC-IHS) と呼ばれます。 2021 年の第 2 回 iTherm カンファレンスで、インテルは初めて MC-IHS プロトタイプをカンファレンスの論文で発表しました。熱テストの結果は、MC-IHS テクノロジーの冷却能力が標準のコールド プレートの冷却能力よりも約 30% 高いことを示しています。冷却負荷が 1000 W を超えると、Rf-in は約 0.05 ℃/W に達することがあります。

液体冷却は、高熱流束プロセッサーや高密度サーバーの冷却ニーズを満たすために、従来の空冷に代わる一般的な熱ソリューションです。しかし、CPU の能力の向上とデバイスの統合の向上に伴い、従来のコールド プレートの欠点は徐々に増幅されています。したがって、将来の 500W または 1000W プロセッサーの冷却ニーズを満たすには、革新的な設計が必要です。