AIコンピューティングの急速な発展により サーバープロセッサは より高い電力消費と より高い熱流密度に向かっていますAIの訓練と推論のために GPUベースのコンピューティングがますます重要になるにつれて熱管理は,より大きな散熱器を選ぶことではなく,熱源と冷却構造の間の熱インターフェースは,システムの全体的な性能に重大な影響を与える可能性があります..

高密度のAIサーバーでは,異なるコンポーネントが異なるレベルの熱を発生し,異なるインターフェース幾何学を持っています. GPUとCPUパッケージは非常に低い熱抵抗を必要とします.メモリーや補助部品は薄くて適合性のある材料が必要かもしれないPCBの電源コンポーネントは熱伝導性と電熱隔離の両方を必要とする場合があり,システムレベルの構造は横向的な熱伝播の恩恵を受ける可能性があります.

この顧客ケースは,液体金属TIM,相変化材料,熱パッド,グラフェンベースの熱インターフェース材料高密度のAIコンピューティングシステムのための多レベル熱管理戦略を構築するために使用できます

現代のAIサーバーは,複数の高性能GPU,CPU,メモリデバイス,電源コンポーネント,および他の熱発生要素を比較的コンパクトなスペースに統合しています.

熱力に問題がある

高性能プロセッサは比較的小さな領域で集中熱を発生します GPUの消費量が増加するにつれてチップと冷却構造間の熱抵抗がますます重要になります.

冷たいプレートやシーンの冷却能力が十分である場合でも 設計が不良なインターフェースは 熱伝達を制限します

AI サーバアーキテクチャには,異なるパッケージの高さと表面幾何学的構成要素が含まれます.熱を生成する構成要素と冷却構造の間の小さなギャップは,空気ポケットを導入することができます.熱抵抗を増加させる.

したがって,TIMは,不要な材料厚さを導入することなく,十分な適合性と隙間補填を提供しなければならない.

電力部品やPCB組件は,電気隔熱を維持しながら熱管理を必要とする場合があります.高熱伝導性のある材料だけでは十分ではありません.

機械的適合性,圧縮性能,組立方法,および介電性も考慮する必要がある場合があります.

同時に動作する複数のGPUは集中した熱帯を作り出すことができます.熱を効果的に分配できない場合は,熱槽,シャーシ,他の熱構造物.

熱の拡散は AIサーバーの 熱設計の重要な部分となります

各コンポーネントに対して1つのTIMを使用するのではなく,プロジェクトではアプリケーション特有の材料戦略を採用しました.

各熱インターフェースは,熱発生,インターフェースギャップ,熱抵抗目標,機械的要件,電気的要件に基づいて評価されました.

結果となるアーキテクチャは4つの異なるTIM技術を組み合わせた.

このアプローチによって それぞれの材料が 最も適した機能を果たすことができます

GPUとCPUは,AIサーバーで最も熱を要するコンポーネントです.

これらのインターフェースでは,半導体パッケージと冷却構造間の熱抵抗を最小限に抑えるのが主な目標です.

このプロジェクトでは,TIG78シリーズ液体金属TIMを高性能インターフェースに使用した.

提供されたケースデータによると,資料は以下を提示しています.

• 熱伝導性 ≤78 W/m·K

• 報告された熱インパデンスが0.02 °C·in2/W

• 動作温度範囲-45°Cから200°C

高熱伝導性と低熱インピーダンスの組み合わせにより,プロセッサからシーンクまたは冷却構造への効率的な熱伝送経路が確立される.

液体金属のTIMは,インターフェース熱抵抗のあらゆる増加が重要な高性能アプリケーションに特に魅力的である.

液体金属インターフェースを設計する際には 電気隔離,材料の互換性,応用プロセス,収納,長期的信頼性なども考慮する必要があります

液体金属に伴う 非常に低い熱抵抗を必要とします 液体金属に伴う 非常に低い熱抵抗を必要とします

メモリと補助部品は,しばしば異なる熱要求があり,交配表面に適合できる非常に薄いインターフェース材料の恩恵を受けることがあります.

これらのアプリケーションのためにTIC800相変化材料が選択されました.

提供された仕様には,以下が含まれます.

• 熱伝導性:5.0 W/m·K

• 厚さ範囲:0.102~0.305mm

動作中に相変化の動作により,材料は適切な条件下でインターフェースに適合し,微小な空気のギャップを最小限に抑えるのに役立ちます.

コンパクトなAIサーバーアーキテクチャでは,薄型相変化インターフェースは,熱性能,インターフェース適合性,パッケージレベルの統合の間の実用的なバランスを提供できます.

電力電子機器とPCBコンポーネントの熱管理要件は異なります

これらの領域は不規則な表面や部品の高さの変動を有し,また電気隔熱を必要とする場合があります.

これらの用途のためにTIF800TU-16W熱パッドを使用した.

供給された製品データには,

• 熱伝導性:16 W/m·K

• 硬さ:45 岸 00

• 厚さのオプション:0.5・5.0 mm

• 熱と電気隔熱特性

液体金属と比較して,熱パッドは,ギャップ補填,機械的適合性,保温性,組み立て効率が重要なアプリケーションのために,より便利な固体インターフェースを提供します..

異なる厚さを選択できる機能により,材料は異なるコンポーネントとヒートシンク間のギャップに対応できます.

チップとシークのインターフェースで熱を管理することは 熱問題の一部に過ぎません

高密度のAIシステムでは,局所的な熱は,熱吸収器,シャーシ構造,および熱経路の他の部分にも蓄積することができます.

これらの用途では,グラフェンベースの熱インターフェース材料は,追加の熱拡散機能を提供することができます.

供給されたプロジェクトデータでは,内面熱伝導性は以下のレベルまで報告されています.

130 W/m·K

主な目的は,単にインターフェースを通って垂直に熱を伝達することではありません.その代わりに,高い平面内の熱伝導性は,より広い領域に局所的な熱を分散するのに役立ちます.

潜在的用途には以下のものがある:

• 散熱器のベースプレート

• シャーシの熱拡散

• マルチGPUシステム

• 地元化ホットスポット管理

• 温度均衡

グラフェンベースの熱材料は 熱性の異常を示しますエンジニアは,実際の熱流の方向に応じて,平面内と平面内の両方の熱性能を評価する必要があります..

熱設計における一般的な間違いは,TIMを熱伝導性のみに基づいて選択することです.

実際には 熱性能は 完全なインターフェースに依存します

例えば,非常に高い熱伝導性を有する材料が,次の条件を満たす場合,最適な選択ではない場合もあります.

• 大幅な隙間を埋める

• 電気隔熱

• 高圧縮性

• 簡単に組み立てられる

• 複雑な表面適合性

• 自動配給

• 低機械的ストレス

逆に,適度な熱伝導性を有する熱パッドは,電気隔熱とギャップ補償が重要な場合,PCB電源コンポーネントにより適しているかもしれません.

選択プロセスは,熱インターフェースの要件単にどのTIMがW/m·K値が最も高いかを尋ねるのではなく,

AIサーバーの熱管理のための簡素化された選択戦略は以下のとおりです.

必要な電気,機械,互換性,信頼性の条件に対応するアプリケーションでは,液体金属などの低抵抗型TIMを考慮してください.

段階変化材料は,制御されたギャップのための薄くて適合性のあるインターフェースを提供します.

熱パッドは熱伝達,電気隔熱,ギャップ補填,機械的適合の組み合わせを提供します.

グラフェンベースの熱インターフェース材料は,熱を横向きに分散させ,温度濃度を低下させるのに役立ちます.

熱構造が作られ それぞれの材料が 明確な役割を担っています

提供されたプロジェクト資料によると,熱管理ソリューションは AI サーバーとインテリジェント コンピューティング センターのアプリケーションで評価されました.

クラウドサービスプロバイダのAIサーバープロジェクトでは

チップ温度: 88°C → 65°C

同じ事件の資料ではコンピューティング性能が 28%向上.

コンピュータセンターの冷却を最適化する別のプロジェクトでは 提供されたデータは次のように報告されています

PUE: 1.42 → 108

また,プロジェクト資料では,年間電力節約は500万kWh.

自社開発した高性能AIサーバーについては 提供されたケース資料では

• 10千時間連続運転

• 温度の変動≤ ±2°C

• 報告された失敗はゼロ

これらの数字は,外部公開の前に,適用される試験条件,試験報告,顧客承認,最終製品仕様と比較して検証されるべきである.

このプロジェクトの最も重要な教訓は AIサーバーの熱管理を 完全な熱経路として考える必要があるということです

冷却システムは GPUと冷却プレート以上のものがあります

また,以下も含まれます.

半導体 → TIM → 熱分散器 / 冷却プレート → 散熱器 → シャーシ → 冷却システム

この経路内の重要な熱抵抗は,最終的なシステム温度に影響を与えます.

異なるTIM技術が同じサーバー内で一緒に動作できるのはこのためです

液体金属は高性能チップインターフェイスで熱抵抗を減らすことができます

段階変化材料は薄くて適合性のあるインターフェースを提供できる.

熱パッドは 電気隔熱を提供しながら より大きな隙間に対応できます

グラフェンベースの材料は 横向的に熱を拡散し 温度均一性を改善します

これらの技術は,高密度のAIサーバーの熱管理に より柔軟なアプローチを提供します.

適切に設計された多材料熱戦略は,いくつかの利点をもたらすことができます.

• 下面インターフェイス熱抵抗

• より良いギャップ補償

• 電気 の 安全 を 改善 する

• 温度 の 均一 性 が 向上 し た

• デザイン の 柔軟性

高性能のGPU,コンパクトなアーキテクチャ,先進的な冷却システムへと進化し続けています熱インターフェース材料は,コンピューティング性能とシステムの信頼性を維持する上でますます重要な役割を果たす.

最も高い熱伝導性を備えたTIMを 選ぶだけでは ありません

成功する熱管理ソリューションは,次の完全な組み合わせを考慮する必要があります.

熱伝導性 + 熱抵抗性 + ギャップ + 圧縮性 + 電気隔熱性 + 組み立てプロセス + 信頼性

この顧客プロジェクトでは,液体金属TIM,相変化材料,高熱伝導性の熱パッド,グラフェンベースの熱インターフェース材料高密度のAIサーバ全体で異なる熱インターフェースを アドレスするために使用されました

このアプリケーション特異的なアプローチは,両者の管理のための柔軟な経路を提供します.チップレベルのホットスポットとシステムレベルの熱配分高性能AIコンピューティングインフラストラクチャの継続開発を支援する.

普遍的なベストTIMは存在しない.高功率GPUと冷却インターフェースでは,電力の要求を満たす場合,液体金属などの低熱耐性材料を考慮することができる.メカニカル互換性,信頼性の条件

熱パッドは,隙間補填,電気隔熱,機械的な適合性,そして便利な組み立てを必要とするインターフェースに有用である.彼らは特にPCBと電源コンポーネントアプリケーションに適しています..

相変化材料は,適切な動作条件下で交配表面の適合性を向上させる一方で,薄いインターフェースを提供することができる.メモリや他のコンパクトなコンポーネントインターフェースに役立つ.

グラフェンベースの熱インターフェース材料は,横向的な熱伝播と温度均衡に使用できます.高度の平面内熱伝導性はホットスポット管理とシステムレベルの熱配送に特に興味を惹きます..

TIM の厚さは,実際のインターフェースギャップ,コンポーネントの許容度,必要な圧縮,および製造者の推奨アプリケーション範囲に基づいてなければなりません.厚すぎると熱耐性が高まる.

異なるコンポーネントには 異なる熱力や機械的な要求があります同じ熱構造の異なる部分内のグラフェンベースの材料.

ZIITEKは複数の熱インターフェース技術を提供し,熱伝導性,熱抵抗,ギャップ,硬さ,電気隔熱,組み立てプロセスに基づいて TIMを選択することができます.動作温度信頼性の要件