Die rasante Entwicklung von KI-Computing treibt Serverprozessoren in Richtung höheren Stromverbrauchs und größerer Wärmeflussdichte.Da GPU-basierte Computer immer wichtiger für KI-Ausbildung und -Abschluss werden, ist das thermische Management nicht länger nur eine Frage der Auswahl eines größeren Kühlkörpers.Die thermische Schnittstelle zwischen der Wärmequelle und der Kühlstruktur kann erhebliche Auswirkungen auf die Gesamtleistung der Anlage haben.

Bei KI-Servern mit hoher Dichte erzeugen verschiedene Komponenten unterschiedliche Wärmewerte und haben unterschiedliche Schnittstellengeometrien.während Speicher und Hilfskomponenten dünne und anpassungsfähige Materialien benötigenPCB-Leistungskomponenten können sowohl Wärmeleitfähigkeit als auch elektrische Isolierung erfordern, während Strukturen auf Systemebene von der seitlichen Wärmeverbreitung profitieren können.

Dieser Kundenfall zeigt, wie eine KombinationTIM aus flüssigem Metall, Phasenwechselmaterial, Wärmepolster und graphenbasierte thermische Schnittstellenmaterialienkann verwendet werden, um eine mehrstufige thermische Managementstrategie für KI-Rechensysteme mit hoher Dichte zu erstellen.

Moderne KI-Server integrieren mehrere leistungsstarke GPUs, CPUs, Speichergeräte, Stromkomponenten und andere Wärme erzeugende Elemente in einen relativ kompakten Raum.

Dies schafft mehrere thermische Herausforderungen.

Hochleistungs-Prozessoren erzeugen konzentrierte Wärme in relativ kleinen Bereichen.Der thermische Widerstand zwischen dem Chip und der Kühlstruktur wird immer wichtiger.

Selbst wenn eine Kälteplatte oder eine Wärmeschüssel eine ausreichende Kühlkapazität hat, kann eine schlecht gestaltete Schnittstelle die Wärmeübertragung einschränken.

KI-Serverarchitekturen enthalten Komponenten mit unterschiedlichen Packhöhen und Oberflächengeometrien.Erhöhung der Wärmebeständigkeit.

Die TIM muss daher eine ausreichende Konformität und eine ausreichende Lückenbefüllung gewährleisten, ohne unnötige Materialdicke einzuführen.

Leistungskomponenten und Leiterplattenbaugruppen können eine thermische Steuerung bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der elektrischen Isolierung erfordern. Ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit allein ist möglicherweise nicht ausreichend.

Auch die mechanische Konformität, die Kompressionsleistung, die Montagemethode und die dielektrischen Eigenschaften müssen berücksichtigt werden.

Wenn mehrere GPUs gleichzeitig arbeiten, können konzentrierte thermische Zonen entstehen.oder andere thermische Strukturen.

Dies macht die Wärmeverbreitung zu einem wichtigen Teil des gesamten thermischen Designs von KI-Servern.

Statt für jede Komponente ein TIM zu verwenden, wurde im Projekt eine anwendungsspezifische Materialstrategie verfolgt.

Jede thermische Schnittstelle wurde nach ihrer Wärmeerzeugung, Schnittstellenlücke, thermischem Widerstandszweck, mechanischen Anforderungen und elektrischen Anforderungen bewertet.

Die daraus resultierende Architektur kombinierte vier verschiedene TIM-Technologien:

Dieser Ansatz ermöglicht es jedem Material, die Funktion zu erfüllen, für die es am besten geeignet ist.

Die GPU und die CPU gehören typischerweise zu den wärmeintensivsten Komponenten in einem KI-Server.

Bei diesen Schnittstellen besteht das Hauptziel darin, den Wärmewiderstand zwischen dem Halbleiterpaket und der Kühlstruktur zu minimieren.

Das Projekt nutzte TIG78-Serie flüssiges Metall TIM für Hochleistungs-Schnittstellen.

Nach den vorgelegten Falldaten liefert das Material:

• Wärmeleitfähigkeit bis zu78 W/m·K

• Die gemeldete thermische Impedanz beträgt00,02 °C·in2/W

• Betriebstemperaturbereich von-45°C bis 200°C

Die Kombination aus hoher Wärmeleitfähigkeit und geringer gemeldeter Wärmeimpedanz trägt dazu bei, einen effizienten Wärmeübertragungsweg vom Prozessor zur Wärmeschwänze oder Kühlstruktur zu schaffen.

Ein TIM aus flüssigem Metall kann besonders für Hochleistungsanwendungen attraktiv sein, bei denen jedes Zuwachs an Schnittstellenwärmwiderstand wichtig ist.

Bei der Konstruktion einer Flüssigmetalloberfläche müssen die Ingenieure jedoch auch die elektrische Isolierung, die Materialkompatibilität, den Anwendungsvorgang, die Eindämmung und die langfristige Zuverlässigkeit berücksichtigen.

Nicht jede thermische Schnittstelle in einem KI-Server erfordert den extrem niedrigen thermischen Widerstand, der mit flüssigem Metall verbunden ist.

Speicher- und Hilfskomponenten haben häufig unterschiedliche thermische Anforderungen und können von einem sehr dünnen Schnittstellenmaterial profitieren, das sich an die Paaroberflächen anpassen kann.

Für diese Anwendungen wurde das Phasenwechselmaterial TIC800 ausgewählt.

Zu den bereitgestellten Spezifikationen gehören:

• Wärmeleitfähigkeit:5.0 W/m·K

• Der Dickenbereich:0.102·0.305 mm

Während des Betriebs lässt sich durch das Phasenwechselverhalten das Material unter geeigneten Bedingungen an die Schnittstelle anpassen und hilft dabei, mikroskopische Luftlücken zu minimieren.

Für kompakte KI-Serverarchitekturen kann eine dünne Phasenwechseloberfläche ein praktisches Gleichgewicht zwischen thermischer Leistung, Schnittstellenkonformität und Integration auf Paketebene schaffen.

Die Anforderungen an die thermische Steuerung von Leistungselektronik und PCB-Komponenten unterscheiden sich.

Diese Bereiche können unregelmäßige Oberflächen oder Unterschiede in der Komponentenhöhe aufweisen und auch eine elektrische Isolierung erfordern.

Für diese Anwendungen wurde ein TIF800TU-16W Thermalpad verwendet.

Die mitgelieferten Produktdaten berichten:

• Wärmeleitfähigkeit:16 W/m·K

• Härte:45 Küste 00

• Auswahl der Dicke:0.5·5.0 mm

• Wärme- und elektrische Isolationsmerkmale

Im Vergleich zu flüssigem Metall bietet ein Wärmepad eine bequemere Festkörper-Schnittstelle für Anwendungen, bei denen Lückenfüllung, mechanische Konformität, Isolierung und Montageeffizienz wichtig sind.

Die Möglichkeit, verschiedene Dicken auszuwählen, ermöglicht es dem Material auch, verschiedene Lücken zwischen Komponenten und Kühlkörpern aufzunehmen.

Die Wärmeverwaltung an der Schnittstelle Chip-Wärmesenk ist nur ein Teil der thermischen Herausforderung.

In KI-Systemen mit hoher Dichte kann sich lokalisierte Wärme auch in Wärmesenkern, Chassisstrukturen und anderen Teilen des thermischen Weges ansammeln.

Für diese Anwendungen können graphenbasierte thermische Schnittstellenmaterialien eine zusätzliche Wärmeverbreitungsfunktion bieten.

Nach den vorgelegten Projektdaten ist die Wärmeleitfähigkeit in der Ebene bis zu:

130 W/m·K

Das Hauptziel ist nicht einfach, Wärme senkrecht durch die Schnittstelle zu übertragen. Stattdessen hilft die hohe Wärmeleitfähigkeit in der Ebene, lokalisierte Wärme über eine größere Fläche zu verteilen.

Zu den möglichen Anwendungen gehören:

• Heizkessel-Basisplatten

• Wärmeverbreitung des Fahrwerks

• Mehrfach-GPU-Systeme

• Lokalisierte Hotspot-Verwaltung

• Temperaturgleichstellung

Weil graphenbasierte thermische Materialien ein anisotropes thermisches Verhalten aufweisen können,Die Wärmeeffizienz der Wärme in der Ebene und der Wärmeeffizienz in der Durchfläche sollte von den Ingenieuren entsprechend der tatsächlichen Wärmeflussrichtung bewertet werden..

Ein häufiger Fehler bei der thermischen Konstruktion besteht darin, ein TIM nur auf der Grundlage seiner Wärmeleitfähigkeit auszuwählen.

In Wirklichkeit hängt die thermische Leistung von der vollständigen Schnittstelle ab.

Zum Beispiel ist ein Material mit extrem hoher Wärmeleitfähigkeit möglicherweise nicht die beste Wahl, wenn die Anwendung Folgendes erfordert:

• Große Lücken füllen

• Elektrische Isolierung

• Hohe Verdichtbarkeit

• Einfache Montage

• Komplexe Oberflächenkonformität

• Automatisierte Abgabe

• Niedrige mechanische Belastung

Umgekehrt kann ein Wärmepad mit moderater Wärmeleitfähigkeit für eine PCB-Stromkomponente geeigneter sein, wenn elektrische Isolierung und Spaltkompensation kritisch sind.

Daher sollte der Auswahlprozess mit derAnforderungen an die thermische Schnittstelle, anstatt einfach zu fragen, welches TIM den höchsten W/m·K-Wert hat.

Eine vereinfachte Auswahlstrategie für das thermische Management von KI-Servern ist:

Betrachten Sie ein TIM mit niedrigem Widerstand wie flüssiges Metall, wenn die Anwendung die erforderlichen elektrischen, mechanischen, Kompatibilitäts- und Zuverlässigkeitsbedingungen unterstützt.

Phasenwechselmaterialien können eine dünne und anpassungsfähige Schnittstelle für kontrollierte Lücken schaffen.

Wärmepolster können eine Kombination aus Wärmeübertragung, elektrischer Isolierung, Lückenfüllung und mechanischer Konformität bieten.

Graphenbasierte thermische Schnittstellen können helfen, Wärme seitlich zu verteilen und die Temperaturkonzentration zu senken.

Dies schafft eine thermische Architektur, in der jedes Material eine klar definierte Rolle spielt.

Nach den bereitgestellten Projektmaterialien wurden die thermischen Managementlösungen in KI-Server- und intelligenten Rechenzentrumsanwendungen ausgewertet.

Ein gemeldetes KI-Serverprojekt für einen Cloud-Dienstleister erzielte:

Splittertemperatur: 88°C → 65°C

Das gleiche Fallmaterial berichtete von einem28% Verbesserung der Rechenleistung.

In einem anderen Projekt zur Optimierung der Kälte in intelligenten Rechenzentren berichteten die bereitgestellten Daten:

PUE: 1,42 → 1.08

Die Projektmaterialien berichteten auch von jährlichen Stromeinsparungen von mehr als5 Mio. kWh.

Für einen selbstentwickelten Hochleistungs-KI-Server berichtete das gelieferte Fallmaterial:

• 10,000 Stundenvon Dauerbetrieb

• Temperaturschwankungen von≤ ±2°C

• Null gemeldete Ausfälle

Diese Zahlen sollten vor der externen Veröffentlichung anhand der geltenden Prüfbedingungen, Prüfberichte, Kundenzulassungen und Endproduktspezifikationen überprüft werden.

Die wichtigste Lehre aus diesem Projekt ist, dass das thermische Management von KI-Servern als vollständiger thermischer Pfad betrachtet werden muss.

Das Kühlsystem umfasst mehr als nur die GPU und die Kaltplatte.

Es umfaßt auch:

Halbleiter → TIM → Wärmeverbreiter / Kaltplatte → Kühlkörper → Fahrwerk → Kühlsystem

Jeder signifikante thermische Widerstand innerhalb dieses Weges kann sich auf die Endsystemtemperatur auswirken.

Deshalb können verschiedene TIM-Technologien innerhalb desselben Servers zusammenarbeiten.

Flüssiges Metall kann den thermischen Widerstand bei Hochleistungs-Chipschnittstellen reduzieren.

Das Phasenwechselmaterial kann dünne und anpassungsfähige Schnittstellen liefern.

Wärmepolster können größere Lücken aufnehmen und gleichzeitig eine elektrische Isolierung bieten.

Graphenbasierte Materialien können Hitze seitlich verbreiten und die Temperaturgleichheit verbessern.

Zusammen bieten diese Technologien einen flexibleren Ansatz für das thermische Management von KI-Servern mit hoher Dichte.

Eine ordnungsgemäß konzipierte thermische Multi-Material-Strategie kann mehrere Vorteile bieten:

• Wärmewiderstand der unteren Schnittstelle

• Eine bessere Vergütung der Lücken

• Verbesserte elektrische Sicherheit

• Verbesserte Temperaturgleichheit

• Mehr Flexibilität im Entwurf

Da sich KI-Server weiter in Richtung höherer GPU-Leistungsdichte, kompakter Architekturen und fortschrittlicher Kühlsysteme entwickeln,thermische Schnittstellenmaterialien werden eine immer wichtigere Rolle bei der Aufrechterhaltung der Rechenleistung und der Systemzuverlässigkeit spielen.

Der Schlüssel ist nicht einfach, das TIM mit der höchsten Wärmeleitfähigkeit zu wählen.

Eine erfolgreiche thermische Managementlösung muss die vollständige Kombination von

Wärmeleitfähigkeit + Wärmewiderstand + Lücke + Kompression + Elektroisolation + Montageprozess + Zuverlässigkeit

In diesem Kundenprojekt wird eine Kombination vonTIM aus flüssigem Metall, Phasenwechselmaterial, thermische Pads mit hoher Wärmeleitfähigkeit und graphenbasierte thermische Schnittstellenmaterialienwurde verwendet, um verschiedene thermische Schnittstellen in einem hochdünstigen KI-Server zu adressieren.

Dieser anwendungsspezifische Ansatz bietet einen flexiblen Weg für die VerwaltungHotspots auf Chipebene und Wärmeverteilung auf Systemebene, um die Weiterentwicklung einer leistungsstarken KI-Computing-Infrastruktur zu unterstützen.

Für Hochleistungs-GPU-Kühlschnittstellen können Material mit geringer thermischer Widerstandsfähigkeit wie flüssiges Metall in Betracht gezogen werden, wenn die Anwendung die erforderlichen elektrischenMechanische, Kompatibilität und Zuverlässigkeit.

Wärmepolster sind weiterhin nützlich für Schnittstellen, die eine Lückenfüllung, elektrische Isolierung, mechanische Konformität und eine bequeme Montage erfordern.Sie eignen sich besonders für PCB- und Leistungskomponentenanwendungen.

Phasenwechselmaterialien können eine dünne Schnittstelle liefern und gleichzeitig die Konformität mit den Mating-Oberflächen unter geeigneten Betriebsbedingungen verbessern.Sie können für Speicher- und andere kompakte Komponentenoberflächen nützlich sein.

Graphen-basierte thermische Schnittstellenmaterialien können zur seitlichen Wärmeverteilung und Temperaturgleichung verwendet werden.Die hohe Wärmeleitfähigkeit in der Ebene macht sie besonders interessant für das Hotspot-Management und die Systemwärmeverteilung.

Die TIM-Dicke sollte auf der tatsächlichen Schnittstellenlücke, der Komponentenverträglichkeit, der erforderlichen Komprimierung und dem vom Hersteller empfohlenen Anwendungsbereich beruhen.Während eine übermäßige Dicke die Wärmebeständigkeit erhöhen kann.

Eine Multi-TIM-Strategie kann flüssiges Metall, Phasenwechselmaterialien, Thermalpads, Thermalgels,und Graphen-basierte Materialien in verschiedenen Teilen derselben thermischen Architektur.

ZIITEK bietet mehrere thermische Schnittstellen-Technologien und kann TIM-Auswahl anhand von Wärmeleitfähigkeit, Wärmewiderstand, Lücke, Härte, elektrische Isolierung, Montageprozess,Betriebstemperatur, und Zuverlässigkeitsanforderungen.