نشر الوقت: 2025-12-16 المنشأ: محرر الموقع
الطلب على الطاقة الحاسوبية ضخم. إن رقائق الذكاء الاصطناعي، مثل وحدات معالجة الرسومات ووحدات المعالجة المركزية المتقدمة، تتجاوز الآن الحدود. قوة التصميم الحراري (TDP) عالية جدًا. غالبًا ما تتجاوز 700 واط لكل شريحة. في بعض الأحيان يصل إلى 1000 واط. لا تستطيع أنظمة تبريد الهواء التقليدية التعامل مع هذا الحمل الحراري. لقد فشل تبريد الهواء تمامًا عند كثافات الطاقة هذه.
أصبح التبريد السائل المباشر (DTC) الآن هو الحل الضروري. يتضمن DTC وضع لوحة باردة مباشرة على الشريحة. هذا هو الاتجاه الرئيسي في مراكز البيانات الحديثة. لكن لوحة التبريد السائلة تحتاج إلى واجهة حرارية فعالة للغاية. يجب أن تقوم هذه الواجهة بتوصيل الشريحة الصغيرة الساخنة بلوحة التبريد الكبيرة.
هذا هو المكان الذي تأتي فيه وحدة أنابيب الحرارة . تتضمن هذه الوحدة أنابيب حرارية قياسية وغرف بخار (VC). وهو بمثابة عنصر الانتشار الحراري الأساسي. يقع بين الشريحة واللوحة الباردة السائلة النهائية.
تشرح هذه المقالة الدور الحاسم لوحدات الأنابيب الحرارية هذه. يوضح كيفية استخدام نقل الحرارة بتغير الطور . هذا النقل يحل مشكلتين رئيسيتين. إنه يحل مشكلة ارتفاع كثافة التدفق الحراري المحلي . كما أنه يحل مشكلة توليد الحرارة غير المنتظم على رقائق الذكاء الاصطناعي.
تعتبر وحدات الأنابيب الحرارية أجهزة نقل حرارة فائقة. يستخدمون تغير الطور لتحريك الحرارة. وهذا يجعلها أكثر كفاءة بكثير من الموصلات المعدنية الصلبة.
تعمل الأنابيب الحرارية من خلال دورة بسيطة ومستمرة. يتم إغلاق سائل العمل داخل أنبوب مفرغ.
التبخر (منطقة التسخين): تتسبب الحرارة المنبعثة من شريحة الذكاء الاصطناعي في تبخر السائل. هذا يمتص كمية كبيرة من الطاقة الحرارية (الحرارة الكامنة).
النقل: ينتقل البخار بسرعة عبر الأنبوب إلى المنطقة الأكثر برودة.
التكثيف (منطقة التبريد): يبرد البخار ويتحول مرة أخرى إلى سائل. يؤدي هذا إلى إطلاق الحرارة الكامنة إلى اللوحة الباردة.
العودة: يعود السائل إلى منطقة التسخين من خلال بنية الفتيل (العمل الشعري).
العملية برمتها سريعة للغاية. تمنح دورة تغيير الطور هذه أنبوب الحرارة ميزته الخاصة. الموصلية الحرارية الفعالة لأنبوب الحرارة (الكيف) أعلى بكثير من النحاس. يمكن أن يكون أكبر من 5 إلى 100 مرة.
غرفة البخار (VC) هي شكل خاص من أنابيب الحرارة. وهي مصممة لتكون مسطحة وثنائية الأبعاد.
يعمل VC على نفس مبدأ أنبوب الحرارة. ومع ذلك، فإنه ينشر الحرارة عبر المستوى بدلاً من الخط. هذه الوظيفة ضرورية لرقائق الذكاء الاصطناعي. تحتوي هذه الرقائق على نقاط حرارة مركزة. يلتقط VC الحرارة بسرعة من هذه النقاط. ثم يقوم بتوزيع الحرارة بشكل موحد عبر سطحه العلوي بأكمله. يقوم هذا الإجراء بتحضير الحرارة لمرحلة التبريد التالية.
يضمن VC عدم بقاء الحرارة عند المصدر. هذه القدرة تجعلها لا غنى عنها لمجموعات تبريد GPU الحديثة.
يواجه التصميم الحراري لرقاقة الذكاء الاصطناعي تحديين ماديين رئيسيين. تم تصميم وحدات الأنابيب الحرارية خصيصًا لمواجهة كلا التحديين بفعالية.
لا يتم تسخين قوالب وحدة معالجة الرسومات (GPU) ووحدة المعالجة المركزية (CPU) بالتساوي. تولد بعض الكتل الوظيفية، مثل مراكز الحوسبة الرئيسية، حرارة موضعية مكثفة.
كثافة التدفق الحراري (W/cm^2) في هذه المناطق الأساسية شديدة. يمكن أن يكون مئات واط لكل سنتيمتر مربع. إذا تم وضع طبق بارد قياسي مباشرة في الأعلى، فلن تتمكن الحرارة من الانتشار بسرعة كافية. يؤدي هذا إلى ارتفاع درجة حرارة الوصلة المحلية (Tj) بسرعة. يؤدي ارتفاع Tj إلى اختناق الأداء. كما أنه يسبب تدهور المواد.
تعمل غرفة البخار على حل هذه المشكلة على الفور. تتصل لوحة قاعدة VC بالرقاقة. فهو يلتقط على الفور الحرارة الشديدة من النقاط الساخنة. يحول هذه الحرارة إلى بخار داخل حجرته. يتكثف هذا البخار بسرعة عبر المناطق الأكثر برودة من سطح VC. تعمل هذه العملية على تجانس تدفق الحرارة بشكل فعال . يصبح السطح العلوي بالكامل لـ VC متساوي الحرارة تقريبًا. وهذا يمنع ارتفاع درجة الحرارة الموضعية الخطيرة.
يجب أن تصل الحرارة في النهاية إلى سائل التبريد. تعمل وحدات الأنابيب الحرارية كجسر حيوي في هذا النقل.
عادةً ما تكون الألواح الباردة السائلة مكونات كبيرة. إنهم بحاجة إلى مناطق اتصال كبيرة للتبادل الحراري الفعال. شريحة الذكاء الاصطناعي نفسها صغيرة. تعتبر وحدة الأنابيب الحرارية أفضل واجهة بين هذين الحجمين. يتلقى الحرارة عالية التدفق من الشريحة الصغيرة. ثم ينشر تلك الحرارة بكفاءة عبر السطح الأكبر للوحة الباردة السائلة.
عندما يتم نقل الحرارة من خلال VC متساوي الحرارة، يحدث شيئين. أولاً، يصبح مدخل الحرارة إلى لوحة تبريد السائل موحدة. ثانيًا، يمكن للوحة التبريد السائلة أن تزيد من كفاءتها إلى أقصى حد. يمكنه الاستفادة من جميع قنواته الداخلية وزعانفه بشكل كامل. وهذا يضمن أفضل نقل حراري ممكن للسائل. بدون أنابيب VC أو أنابيب الحرارة، لن تعمل اللوحة الباردة السائلة بكفاءة إلا مباشرة فوق قلب الشريحة.
يجب على المهندسين اختيار النوع المناسب لجهاز تغيير الطور. يعتمد هذا الاختيار على تخطيط الشريحة وهندسة النظام.
تستخدم كل من الأنابيب الحرارية وVCs نفس المبدأ. لكن هندستها تملي أفضل استخدام لها.
| المعلمة | غرفة البخار (VC) | الأنابيب الحرارية (HP) | أفضل سيناريو للتطبيق |
|---|---|---|---|
| القدرة على الانتشار/ متساوي الحرارة | ممتاز (تشتت مستو سريع) | معتدل (أفضل للنقل الاتجاهي) | اتصال مباشر مع قلب الرقاقة عالي التدفق. |
| المرونة الهيكلية | منخفض (يجب أن يظل ثابتًا في الغالب) | عالية (يمكن ثنيها وتشكيلها لتجاوز العوائق) | نقل الحرارة لمسافات طويلة إلى المشتت الحراري البعيد. |
| يكلف | العالي (البنية الداخلية المعقدة) | أقل (تصنيع الأنابيب الموحدة) | |
| ينطبق تدفق الحرارة | المدقع ($>500 ext{W}/ ext{cm}^2$) | معتدلة إلى عالية |
يعتبر VC هو الاختيار الأفضل لواجهة الشريحة المباشرة . إنه يتعامل مع التدفق الشديد غير الموحد بشكل أفضل. غالبًا ما تُستخدم أنابيب الحرارة كممرات . يقومون بنقل الحرارة المنتشرة إلى لوحة باردة سائلة بعيدة أو مبادل حراري.
حل التبريد النموذجي للذكاء الاصطناعي هو وحدة هجينة. فهو يربط الشريحة بنظام DTC.
يجب أن تمر الحرارة عبر كومة معينة من المواد. المكدس يشمل:
يجب أن يركز التصميم على تقليل المقاومة الحرارية في واجهتي TIM. يجب أن يتمتع VC باستواء ممتاز. هذا التسطيح مطلوب لكي يتزاوج بشكل مثالي مع كل من الرقاقة واللوحة الباردة. يعمل VC بمثابة متساوي الحرارة المثالي . إنه يحول مصدر الحرارة المعقد إلى مصدر بسيط وموحد للوحة الباردة السائلة.
وحدات الأنابيب الحرارية هي أكثر من مجرد محركات حرارية. إنها مكونات أساسية لتعزيز أداء النظام وضمان الموثوقية على المدى الطويل.
الكفاءة العالية لوحدة الأنابيب الحرارية لها فوائد مباشرة للرقاقة.
المقاومة الحرارية المنخفضة للوحدة تعني أن الشريحة تعمل بشكل أكثر برودة. وهذا يترجم مباشرة إلى انخفاض درجة حرارة تقاطع الرقاقة (T_j). يعد انخفاض $ Tj أمرًا بالغ الأهمية. إنها تسمح لشريحة الذكاء الاصطناعي بالعمل بسرعات ساعة أعلى. يسمح بفترات تعزيز أطول. وهذا يزيد من الإنتاجية الحسابية.
توفر وحدات الأنابيب الحرارية تجانسًا حراريًا ممتازًا. أنها تزيل البقع الساخنة بشكل فعال. تعمل هذه الإزالة على تقليل الحد الأقصى لفرق درجة الحرارة (DeltaT_max) عبر سطح الشريحة. يؤدي انخفاض درجات الحرارة والتدرجات الحرارية إلى تقليل خطر الإجهاد الحراري بشكل كبير. يؤدي هذا الإجراء إلى زيادة العمر الإجمالي وموثوقية أجهزة الذكاء الاصطناعي بشكل كبير.
إن تصميم وتصنيع أجهزة تغيير الطور أمر معقد.
تأثير الجاذبية: يمكن أن تتأثر أنابيب الحرارة القياسية بالجاذبية. ينخفض أداؤهم إذا تم توجيههم بشكل سيء ضد الجاذبية. يجب أن يأخذ تصميم الخادم في الاعتبار زاوية العمل المثالية لأنبوب الحرارة لضمان الموثوقية.
الختم والنظافة: تتطلب الأنابيب الحرارية وVCs إحكامًا داخليًا مثاليًا. يجب أن يكون هيكل سائل العمل والفتيل نظيفًا للغاية. أي غاز غير قابل للتكثيف يقلل بشكل كبير من الكفاءة. وهذا يتطلب ختمًا عالي الدقة ونحاسًا أو لحامًا متخصصًا (عمليات تتقنها شركة Winshare Thermal).
سلامة الضغط العالي: يجب أن يتعامل VC مع الضغط الداخلي العالي عند درجات حرارة مرتفعة. يجب أن يكون الهيكل قويًا.
سوف تستمر TDPs في الصعود. الصناعة تتجه نحو الحلول الهجينة. تشتمل هذه الحلول على VCs سميكة جدًا أو حتى ألواح باردة سائلة ذات قنوات صغيرة موضوعة مباشرة فوق VC. يظل دور مكون الانتشار الحراري أساسيًا لحلول التبريد المستقبلية المعتمدة على الذكاء الاصطناعي.
تعد وحدة الأنابيب الحرارية مكونًا أساسيًا للإدارة الحرارية. إنه لا غنى عنه في سلسلة تبريد خادم الذكاء الاصطناعي الحديثة. إنه يحل بكفاءة المشاكل الأساسية للمناطق الساخنة المحلية والنقل الحراري الصعب.
توفر الوحدة سطحًا متساوي الحرارة. يعد هذا السطح ضروريًا للوحة الباردة السائلة النهائية للعمل بأعلى كفاءة. مع استمرار TDP في الصعود، تصبح قدرة الانتشار الحراري لـ VCs وأنابيب الحرارة هي الأساس الأساسي. إنه المفتاح لفتح إمكانات الأداء الكاملة للتبريد السائل المباشر.
يوفر Winshare Thermal إمكانيات شاملة. نقوم بتصميم وتصنيع وحدات VC، ووحدات أنابيب الحرارة المخصصة، وألواح التبريد السائلة عالية الأداء. نحن نقدم حلولًا حرارية متكاملة لتطبيقات الذكاء الاصطناعي الأكثر تطلبًا. اتصل بنا لتحسين البنية الحرارية لخادم الذكاء الاصطناعي لديك.
لوحات باردة أنبوبية مدمجة لوحات باردة ملحومة لوحات FSW الباردة يموت ألواح البرد آخر