GPUのサーモサイフォン放熱技術

vvvさまざまな業界でのディープラーニング、シミュレーション、BIM 設計、AEC 業界アプリケーションの開発に伴い、AI テクノロジー仮想 GPU テクノロジーの恩恵を受けて、強力な GPU コンピューティング能力分析が必要になります。 GPU サーバーと GPU ワークステーションはどちらも、小型化、モジュール化、高度に統合される傾向にあります。 熱流密度は、多くの場合、従来の空冷 GPU サーバー機器の 7-10 倍に達します。 モジュールの集中インストールにより、大量の熱を伴う NVIDIA GPU グラフィックス カードが多数存在するため、熱放散の問題が非常に顕著になります。 これまで一般的に使用されてきた放熱設計技術では、新しいシステムの要件を満たすことができなくなりました。 従来の水冷 GPU サーバーまたは水冷 GPU サーバーは、ファンのサポートと切り離すことができません。 今日はサーモサイフォン放熱技術を分析します。

現在、市場に流通しているサーモサイフォン放熱技術は、主に本体として円柱または板状の放熱器を使用し、放熱器の底部に熱媒体チューブを挿入し、シェルに作動流体を注入し、真空環境を確立します。 。 常温重力式ヒートパイプです。 作業プロセスは次のとおりです。ラジエーターの底部では、加熱システムが熱媒体パイプを介してシェル内の作動流体を加熱します。 使用温度域では、作動流体が沸騰し、蒸気がラジエーター上部に上昇して凝縮・放熱し、凝縮水がラジエターの内壁に沿って流れます。 加熱セクションへの還流は再び加熱されて蒸発し、作動流体の連続サイクル相変化を通じて熱源からヒートシンクに熱が伝達され、加熱と加熱の目的が達成されます。

熱サイフォン熱放散の GPU ワークステーションへの応用:

各世代の CPU クーラーは、どのようにして現代の理論上のパフォーマンスの限界に向かって段階的に進んでいくのでしょうか。 最も原始的なアルミニウム ヒートシンクから現在まで、それは良い選択です。 小さなフィンはとても使いやすいので、より多くのより大きなフィンを使用する方が良いのではないかと思うかもしれません。 しかし、結果はそうではありません。 フィンが熱源から離れるほど、フィンの温度は低くなります。 温度が周囲の空気の温度まで下がると、フィンをどれだけ長くしても熱伝達は増加しません。

最新の GPU コンピューティングの消費電力が 75 ～ 350 ワットの範囲、あるいはそれ以上になると、熱設計エンジニアは新しい熱放散方法の開発に目を向けます。 ヒートパイプ自体はラジエーターの放熱能力を高めるものではありません。 その機能は、熱伝導と熱対流を同時に利用し、金属そのものよりもはるかに高い熱伝達効率を実現することです。

1937 年には、サーモサイフォン技術が登場しました。 通常の動作中、ヒートパイプ内の液体は沸騰し、蒸気は蒸気室を通って凝縮端に到達し、その後蒸気は液体に戻り、チューブコアを通って熱源に戻ります。 チューブコアは通常、焼結金属製です。 しかし、ヒートパイプが熱を吸収しすぎると「ヒートパイプが枯れる」という現象が発生します。 液体は蒸気室で蒸気になるだけでなく、チューブコア内でも蒸気になるため、液体に戻って熱源に戻ることができなくなり、ヒートパイプの熱抵抗が大幅に増加します。

さて、私たちのハイライトは次の熱サイフォンです。 サーモサイフォンの熱放散は、チューブコアを使用して液体を蒸発端に戻すヒートパイプとは異なり、循環を形成するためのいくつかの独創的な設計と組み合わせて重力のみを使用し、液体の蒸発プロセスをウォーターポンプとして使用します。 。 これは新しい技術ではなく、熱放出が大きい産業用途では非常に一般的です。

一般的に、GPU 内の冷媒は沸騰し、内部の凝縮側に上向きに流れ、液体に戻り、蒸発側に戻ります。 理論的には、次の 2 つの大きな利点があります。

1. ヒートパイプの乾燥を回避し、超高性能チップのオーバークロックに使用可能

2. ウォーターポンプが不要なため、従来の一体型水冷に比べ信頼性が向上します。

サーモサイフォンの放熱の最大のポイントは、厚さが従来の103mmからわずか30mm（3分の1以下）となり、形状も比較的小型で性能を損なうことがありません。 サーモサイフォン放熱装置の加工を容易にするために、現在、ほとんどのメーカーはアルミニウム材料を使用しています。 銅も使用されており、より多くの熱を発生する GPU サーバーの場合に限り、温度が 5-10 度低下する可能性があります。