Vai trò của bộ tản nhiệt trong hệ thống làm mát máy chủ

Nguyên tắc cơ bản về quản lý nhiệt trong thiết bị dữ liệu

Máy chủ, bộ định tuyến và bộ chuyển mạch đều hoạt động theo kiến ​​trúc mô-đun, trong đó các thành phần được chuyên môn hóa và phối hợp với nhau. Làm mát bằng không khí cưỡng bức vẫn là chiến lược kiểm soát nhiệt độ chủ đạo và có khả năng sẽ tiếp tục được ưa chuộng trong tương lai gần. Làm mát bằng chất lỏng đang ngày càng được ưa chuộng, nhưng các dự báo hiện tại cho thấy tỷ lệ thâm nhập của nó trong các trung tâm dữ liệu mới sẽ không đạt 50% cho đến năm 2025. Các thành phần nhiệt chính trong máy chủ làm mát bằng không khí bao gồm quạt, bộ tản nhiệt (như mô hình đùn, ống dẫn nhiệt hoặc buồng hơi) và vật liệu giao diện nhiệt (TIM).

Thiết kế tản nhiệt và tản nhiệt CPU

CPU là thành phần quan trọng nhất về nhiệt trong máy chủ. Bộ xử lý x86 vẫn là phổ biến, mặc dù các tùy chọn dựa trên ARM đang dần xuất hiện. Hầu hết các CPU máy chủ hiện đại tiêu thụ hơn 140W, một số vượt quá 400W về công suất thiết kế nhiệt (TDP). Lưu ý rằng TDP phản ánh mức nhiệt tối đa mà hệ thống tản nhiệt có thể xử lý an toàn—không phải công suất đỉnh tuyệt đối của chip.

CPU máy chủ thường sử dụng cấu trúc LGA (Land Grid Array), cho phép thay thế dễ dàng nhưng đòi hỏi áp lực lắp đặt cao hơn và chiếm nhiều không gian theo chiều dọc hơn. Hạn chế này hạn chế không gian cho các cấu trúc cánh tản nhiệt và buộc phải sử dụng tấm đế dày hơn để tránh biến dạng dưới áp lực. Do đó, các bộ tản nhiệt trong cấu hình này thường có diện tích cánh tản nhiệt nhỏ hơn và lực cản luồng khí lớn hơn.

SOC và Gói công suất cao trong Bộ chuyển mạch và Bộ định tuyến

Không giống như máy chủ, bộ chuyển mạch và bộ định tuyến thường sử dụng bao bì BGA (Ball Grid Array) với ứng suất thấp hơn trong quá trình lắp đặt. Tuy nhiên, chip chuyển mạch cao cấp cũng có thể tiêu thụ điện năng vượt quá 400W, và nhiều nhà sản xuất đã loại bỏ nắp chip để giảm điện trở nhiệt giữa tiếp xúc và bề mặt - để lộ phần chip trần ra bộ tản nhiệt.

Cấu hình đế bán dẫn trần này đặt ra những thách thức lớn cho việc lựa chọn TIM. Các wafer lớn hơn có xu hướng cong vênh, và mỡ tản nhiệt điện trở thấp khó thích ứng với sự thay đổi chiều cao hoặc bám dính vào bề mặt silicon nhẵn. TIM 1.5, một vật liệu kết nối trực tiếp đế bán dẫn trần và bộ tản nhiệt, đã trở thành trọng tâm của sự đổi mới. Vật liệu TIM 1.5 lý tưởng phải đáp ứng:

·Khả năng chịu nhiệt thấp

·Độ bám dính và độ giãn dài mạnh mẽ để chống lại hiện tượng bơm ra ngoài

·Khả năng phục hồi cơ học qua các chu kỳ nhiệt độ

Những phát triển đầy hứa hẹn bao gồm:

1.Miếng đệm kim loại linh hoạt – Độ dẫn nhiệt và độ bền cao, mặc dù hiện tại bị hạn chế bởi khả năng thấm ướt bề mặt kém. Xử lý bề mặt có thể làm giảm đáng kể điện trở giao diện.

2.Chất nền gốm hoặc lõi kim loại – Chúng phù hợp hơn với hệ số giãn nở nhiệt của silicon so với các tấm nhựa thông thường, giúp giảm cong vênh.

3.Điều chỉnh thiết kế kết cấu – Kết hợp các thành phần hỗ trợ có mô đun cao để hấp thụ ứng suất nhiệt mà không bị biến dạng.

Giảm thiểu nhiệt bộ nhớ và linh kiện

DIMM được lắp theo chiều dọc để tối đa hóa không gian máy chủ, nhưng cách bố trí này hạn chế khả năng làm mát. Do đó, tản nhiệt CPU thường được kéo dài sang ngang để cải thiện khả năng tản nhiệt. Có hai kiểu thiết kế phổ biến:

·Mở rộng ngược dòng: Các cánh tản nhiệt được đặt phía trước DIMM, tiếp nhận luồng khí mát trước. Điều này làm mát CPU hiệu quả nhưng lại làm nóng luồng khí đi vào các mô-đun bộ nhớ.

·Mở rộng hạ lưu: Các cánh tản nhiệt được bố trí phía sau DIMM, tiếp nhận luồng khí đã được làm ấm trước. Điều này làm giảm hiệu suất tản nhiệt của CPU một chút nhưng vẫn đảm bảo luồng khí lưu thông tốt hơn cho bộ nhớ.

Việc cân bằng giữa nhu cầu nhiệt của CPU và bộ nhớ là một phần quan trọng của thiết kế nhiệt.

Các linh kiện khác như chip PCH, tụ điện và IC điều khiển thường có tải nhiệt thấp hơn. Nhu cầu làm mát của chúng thường được đáp ứng bằng các bộ tản nhiệt đùn đơn giản.

Các loại tản nhiệt trong thiết bị truyền thông

Có ba loại tản nhiệt chính được sử dụng trên máy chủ, bộ chuyển mạch và bộ định tuyến:

1.Tản nhiệt hàn ống dẫn nhiệt – Lý tưởng để truyền nhiệt từ nguồn đến các cánh tản nhiệt ở xa, tận dụng tối đa thể tích có sẵn.

2.Tản nhiệt nhôm đùn – Tiết kiệm chi phí và phù hợp với tải công suất vừa phải.

3.Tản nhiệt vây cắt – Đảm bảo sự cân bằng tốt giữa hiệu suất và khả năng sản xuất.

Các máy chủ công suất cao thường sử dụng tản nhiệt "kiểu sừng", với ống dẫn nhiệt truyền nhiệt từ CPU đến các lá tản nhiệt mở rộng bên ngoài vùng bộ nhớ. Tuy nhiên, khi công suất chip vượt quá 500W, thiết kế ống dẫn nhiệt truyền thống có thể không đủ do hạn chế về kích thước. Trong những trường hợp như vậy, các giải pháp tiên tiến như Buồng hơi 3D (3D VC)các mô-đun được triển khai. 

Một ví dụ đáng chú ý là bộ tăng tốc AI H100 của NVIDIA, với mức tiêu thụ điện năng hơn 700W, đánh dấu sự ra mắt thương mại của công nghệ VC 3D ở quy mô lớn

Rủi ro nhiệt trong cơ sở hạ tầng mạng

Bộ chuyển mạch và bộ định tuyến hỗ trợ trao đổi dữ liệu nội bộ và truy cập mạng bên ngoài. Tùy thuộc vào yêu cầu về thông lượng, hình thức và mức độ tích hợp của chúng sẽ khác nhau. Giống như máy chủ, mối quan tâm chính về nhiệt của chúng nằm ở chip SOC.

Một thách thức độc đáo trong các thiết bị này là làm mát máy thu phát quang học, không phù hợp với các bộ tản nhiệt truyền thống do hình dạng nhỏ gọn và đường dẫn nhiệt kém. Điều này đã trở thành điểm nghẽn trong phần cứng truyền thông tốc độ cao.

Các bộ định tuyến và bộ chuyển mạch công suất cao, gắn trên giá đỡ thường sử dụng các mô-đun dạng lưỡi dao được làm mát bằng quạt khung gầm. Trong các trường hợp này, SOC được ghép nối với bộ tản nhiệt hàn bằng ống dẫn nhiệt hoặc buồng hơi để duy trì nhiệt độ ổn định.

Suy nghĩ cuối cùng

Thiết kế làm mát hiệu quả trong máy chủ và thiết bị mạng phải tính đến các yếu tố đóng gói, mật độ công suất, đường dẫn luồng khí và các hạn chế về mặt cơ học. Khi mức tiêu thụ điện năng tiếp tục tăng, các vật liệu giao diện nhiệt tiên tiến, chiến lược đóng gói và thiết kế tản nhiệt sẽ đóng vai trò thiết yếu để hỗ trợ cơ sở hạ tầng điện toán hiệu năng cao, đáng tin cậy.

Linda / bán hàng trực tiếpr

●Điện thoại: 86-769-26626558

●Whatsapp: +86-15818382164

●E-mail: info@tongyu-group.com

●Trang web:www.tongyucooler.com

●Tên nhà máy:Công ty TNHH Điện tử Dongguan Tongyu

●Địa chỉ:

- Việt Nam:Thị trấn Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh.

- Trung Quốc:Thành phố Đông Quan, tỉnh Quảng Đông.