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Vistas:1 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2024-06-26 Origen:Sitio
La mejora de la potencia y la potencia informática de CPU/GPU continúa impulsando la demanda de disipación de calor, y existe una tendencia acelerada.
Según las calificaciones de PassMark, los chips de CPU Intel/AMD han seguido aumentando en rendimiento de uno o varios núcleos entre 2001 y 2020.
Mientras tanto, según la investigación de Techspot, gran parte de la aritmética (o potencia de procesamiento) de las CPU y GPU está determinada por la densidad de sus transistores, y cada transistor genera calor a medida que la corriente pasa a través de él, por lo que el aumento en la densidad del transistor trae consigo un aumento en el calor;
Mientras tanto, la mayoría de las CPU del mercado son capaces de funcionar a velocidades superiores a sus frecuencias base.
Por otro lado, debido al rápido aumento de la demanda de potencia informática de IA, el aumento de potencia de las CPU/GPU relacionadas también muestra una tendencia acelerada.
Tomando las GPU como ejemplo, la potencia de las GPU con capacidades de procesamiento de imágenes, que se utilizan principalmente en juegos y otros campos, aumentó casi 5 veces a aproximadamente 450 W durante el período de 18 años desde G70 en 2004 hasta AD 102 en 2022;
En comparación con los V100/A100/H100 utilizados en el campo de la IA, la potencia de los V100/A100/H100 utilizados en el campo de la IA aumentará 1,6x/1,75x en cada intervalo de tres años desde 2017 hasta 2023 hasta 700W.
La evolución de los materiales y procesos de refrigeración a nivel de chip, de refrigeración por aire a refrigeración por líquido.
Fabricantes de disipadores de calor para CPU produjo la primera forma enfriada por aire que apareció, el primer radiador de presión descendente de aluminio extruido de una sola pieza, el aluminio es barato y fácil de procesar, pero la eficiencia de conductividad térmica (237W/(MK)) es solo la mitad del cobre ( 401W/(MK)), por lo que la aparición del radiador de cobre tapado.
En términos de la forma del radiador, el radiador de presión descendente anterior, el radiador de torre más nuevo puede mejorar la eficiencia de enfriamiento mediante soplado lateral.
Con el aumento de la potencia de la CPU, el radiador comenzó a combinarse con tubos de calor, aletas y otros dispositivos para formar un módulo de enfriamiento de mayor rendimiento, y surgieron radiadores enfriados por agua con viento de alta eficiencia de enfriamiento.
La refrigeración del chip (incluida CPU/GPU) tiene principalmente dos soluciones: disipador de calor de aire y disipador de calor de agua.Con las mismas especificaciones y consumo de energía, la refrigeración por agua es más potente, pero cara, y se utiliza en el mercado de alta gama.
A medida que aumentó la potencia de la CPU, los disipadores de calor comenzaron a combinarse con tubos de calor, aletas y otros dispositivos para formar módulos de enfriamiento de mayor rendimiento, y surgieron disipadores de calor enfriados por agua con una alta eficiencia de enfriamiento.
La refrigeración de chips (incluida CPU/GPU) tiene principalmente soluciones enfriadas por aire y por agua.Con las mismas especificaciones y consumo de energía, la refrigeración por agua es más potente, pero cara, y se utiliza en el mercado de alta gama.
Comparación entre los métodos de enfriamiento de chips enfriados por aire y por agua
| Método de enfriamiento | Principio de enfriamiento | Ventajas | Desventajas |
| 空气散热器Disipador de calor de aire | El calor generado por el funcionamiento de la CPU/GPU se transfiere al disipador de calor y se transfiere con el aire circundante bajo la acción del ventilador. | Precio bajo, alta seguridad | Ruidoso, de gran tamaño, eficiencia de disipación de calor limitada, dependiendo de la ventilación del chasis |
| Disipador de calor de agua | El calor de la CPU se absorbe a través del líquido en la tubería bajo la acción de la bomba de agua, se enfría y circula repetidamente. | El calor de la CPU se absorbe a través del líquido en la tubería bajo la acción de la bomba de agua, se enfría y circula repetidamente. | Alto precio, difícil de reparar completamente cerrado, riesgo de fuga de agua |
Enfriado hidráulicamente Disipador de calor El módulo contiene principalmente placa fría, tubería de agua, ventilador, cabezal frío y otros componentes, divididos en refrigeración por agua de una sola pieza y refrigeración por agua dividida. Ambos funcionan según el mismo principio, pero existen diferencias en la forma en que están los componentes. ensamblado.Tomemos como ejemplo la refrigeración por agua integrada, el cabezal frío contiene una bomba en su interior, cuando está en funcionamiento, el lado del cabezal frío está en contacto directo con la superficie de la CPU y el otro lado adopta el proceso CNC para eliminar una gran cantidad de ranuras ( microcanales), el agua fría que fluye a través de los microcanales se calienta con el calor de la CPU, a través de la bomba para impulsar el flujo de agua, fluye a través de la tubería de agua para ingresar a la fila fría, la fila fría tiene muchos canales internos Hay una gran cantidad de aletas incrustadas entre los canales, el calor se transfiere a las aletas a través de la fila fría, el ventilador superior disipa el calor, enfriando la fila fría, la tubería de agua, el ventilador, etc.
El calor se transfiere a las aletas y luego lo disipa el ventilador en la parte superior del pelotón frío, y el agua fría enfriada regresa nuevamente, y el líquido frío que circula por la bomba de agua elimina el calor absorbido del núcleo del cabezal frío. .El tamaño de la placa fría afecta en gran medida la eficiencia de enfriamiento; los tamaños comunes en el mercado son 120 mm, 240 mm y 360 mm.
En la actualidad, el cabezal frío de la CPU y el cabezal frío de la tarjeta gráfica se aplican principalmente a la conducción de calor del fondo de cobre. Hay dos diseños principales de cabezal frío de CPU con refrigeración por agua en el mercado, uno es el tipo de columna de cobre ordinario y el otro es el tipo chorro. , el cabezal frío tipo chorro en la columna de cobre se basa en la capacidad de rociar rápidamente el agua a través de la boquilla estrecha hacia el fondo de la placa de cobre, para mejorar el caudal local y la formación de turbulencias, de modo que el calor líquido enfriado por agua -La eficiencia de absorción ha mejorado enormemente, la resistencia al agua del cabezal frío tipo chorro es mayor, la bomba de agua La resistencia al agua del enfriador a chorro es mayor, lo que requiere una mayor altura de la bomba de agua.El cabezal frío de la tarjeta gráfica se divide en cabezal frío de un solo núcleo, de media cobertura y de cobertura total.
El principio de funcionamiento del módulo de refrigeración por aire es que una gran cantidad de calor generado por la CPU/GPU durante el funcionamiento se transfiere al disipador de calor, lo que provoca que el disipador de calor se caliente.Bajo la acción del ventilador, el calor se transfiere entre el disipador de calor y el aire circundante, y la temperatura alcanza un estado de equilibrio y estable cuando el calor emitido por el disipador de calor es igual al calor generado por la CPU durante su consumo máximo de energía. .El módulo de refrigeración por aire consta de tres componentes principales:
1. Tubos de Calor o Cámara de Vapor;
2. Aletas de disipación de calor Aletas;
3. Ventilador o turbina de refrigeración;
Estas tres partes suelen combinarse con materiales conductores térmicos y procesos como la soldadura para acelerar la transferencia de calor.Hay dos formas principales de contactar los heatpipes con las aletas, una es 'a través de aletas', donde los heatpipes se insertan directamente en las aletas, y la otra es soldadura de metal.
Hay principalmente dos tipos de métodos de contacto con el tubo de calor y el núcleo de CPU/GPU, uno es el contacto directo, directamente al procesamiento del tubo de calor hasta obtener la forma aproximada de la superficie inferior del rectificado y pegado en el núcleo, este método de procesamiento es de bajo costo. , pero propenso a la deformación, utilizado principalmente para gama baja;El fondo de cobre de alta gama es más, el procesamiento del tubo de calor se intercala con la soldadura del tubo de calor en un bloque de cobre, o con una ranura del cobre se intercalará en el medio del tubo de calor, el calor es absorbido por el fondo de cobre antes de transferirlo al tubo de calor y luego transferirlo al tubo de calor.El calor primero es absorbido por el fondo de cobre y luego transferido al tubo de calor, de esta manera se logra una larga vida útil, transferencia de calor uniforme y mayor costo.
