來源：國金證券

冷板式液冷的主要優(yōu)勢在于冷卻液不直接接觸電子元件，可選擇的冷卻液的種類較多，因此散熱的成本彈性較大，并且冷板散熱的技術更加成熟，綜合優(yōu)勢較浸沒式液冷更高。根據(jù) NVIDIA 的數(shù)據(jù)，其在去年發(fā)布的 GB200 NVL72 服務器使用“水對氣散熱”，即使用冷板冷卻的間接液冷方案；而英偉達在上一代芯片產品 B100、B200 中，依舊選擇的是較為傳統(tǒng)的 3D VC 氣冷方案，由此可見新一代芯片對于散熱需求更加重視，因此統(tǒng)籌考慮散熱的經濟性和散熱需求，我們預測英偉達 GB300 NVL72 最有可能選擇的冷卻方案或將是“冷板+部分浸沒”的混合液冷方案，因為對于服務器來說，不同組件的發(fā)熱功率不同，浸沒式的整體高效散熱方式對于部分低功率的發(fā)熱組件來說并不經濟，因此我們預測未來液冷的主流發(fā)展方向將會是對于主要高功耗的 CPU 采用浸沒式液冷，對于其他發(fā)熱元件采用兩相冷板進行散熱，該方案將更加經濟且高效。

從實際應用的角度來看，兩相冷板或將是當前首選的液冷方案，因為浸沒式液冷的建設成本要顯著高于冷板式，浸沒式在數(shù)據(jù)中心設計之初就需要進行相關規(guī)劃，在現(xiàn)有基礎上難以對數(shù)據(jù)中心進行簡單改造來應用浸沒式液冷，所以短期內很難成為液冷的主流方案被使用，更多的會是在新建的高性能數(shù)據(jù)中心會考慮采用全面的浸沒式液冷。兩相冷板由于冷卻液在散熱時發(fā)生相變，散熱效果要明顯優(yōu)于單相冷板，當前能夠滿足主要電子元件的散熱需求。

兩相冷板式液冷架構示意圖

兩相冷板的散熱原理十分簡單，液相冷卻液在流經液冷板時吸收發(fā)熱器件的熱量氣化，氣相冷卻液再流經冷量分配單元（CDU）放熱液化，再次流入液冷板進行循環(huán)散熱。但是該散熱方案的重點，一方面在于兩相冷卻液的選擇，主要是以含氟制冷劑、氟化液等低沸點為主；另一方面在于冷板與發(fā)熱器件如芯片接觸時，如何高效地將熱量從發(fā)熱器件向散熱器件轉移。

由于凡是材料表面都會有粗糙度，當兩個表面接觸在一起時不可能完全接觸，總會有一些空氣間隙夾雜在其中，而空氣的導熱系數(shù)非常小，會造成比較大的接觸熱阻，這個現(xiàn)象在芯片這種微型精密設備中更加明顯且致命。因此這里便要使用熱界面材料（Thermal Interface Material，TIM），是一種用于涂敷在散熱器件與發(fā)熱器件之間，降低它們之間接觸熱阻所使用的材料，TIM 可以填充器件之間接觸的空氣間隙，可以降低接觸熱阻，提高散熱性能，是兩相冷板式散熱方案中必不可缺的材料之一。

從當前主要的 TIM 材料來看，導熱硅脂具有導熱性好、簡單易用、用途廣泛等優(yōu)點，產品粘度低、觸變性好，適合于大規(guī)模生產；相變化材料（PCM）通常作為導熱界面應用的基體材料，其室溫下為固態(tài)，加熱后軟化，可以完全填補接觸表面的間隙；相變化金屬片（銦、鎵、錫等合金）的導熱系數(shù)極高，是其他 TIM 材料的數(shù)十倍，導熱性能極為優(yōu)異。由于硅材的可靠性較弱，容易出現(xiàn)相分離現(xiàn)象導致導熱性能大打折扣，因此當前主要電子芯片的導熱材料轉換成了相變化材料；而在一些高端的電子芯片產品中會使用導熱系數(shù)最高、較為昂貴的相變化金屬片，即銦、鎵等液態(tài)金屬。

主要TIM材料種類及其優(yōu)缺點

液態(tài)金屬 TIM 材料主要是鉍基、銦基、鎵基合金的高性能導熱界面材料，克服了純液態(tài)金屬易流動、容易污染周邊電路、延展性差、表面潤濕差、操作工藝復雜等缺點，具有良好的觸變性、浸潤性和延展性，可以很好的填充界面之間的縫隙，大大降低接觸熱阻。由于其優(yōu)異的導熱系數(shù)，液態(tài)金屬 TIM 材料主要可用于高熱流密度功率器件的導熱功能，具有超高導熱系數(shù)，物化性能穩(wěn)定，零揮發(fā)，可以長期在高溫環(huán)境中正常工作，耐熱性遠高于現(xiàn)有熱界面材料，尤其適用于對揮發(fā)物敏感的激光器等高性能光學器件；在浸沒式環(huán)境的有機溶液中亦可安全使用，兼容所有冷卻液等主要優(yōu)點。液態(tài)金屬 TIM 材料完美地兼容了GPU、CPU 的導熱需求，并且對于冷板式和浸沒式液冷均可使用，是當前高端芯片最為理想的導熱材料，可以配合幾乎所有的散熱方式與材料，也是未來主流的芯片導熱材料之一。

標簽： 點擊： 評論: