一種新型集成平面熱虹吸散熱器，用于數(shù)據(jù)中心的芯片級熱管理

熱設(shè)計 2023-10-11

來源：Applied Thermal Engineering

原文：https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.121667

01 背景介紹

數(shù)據(jù)中心的運行和熱管理消耗大量能源，此外，冷卻系統(tǒng)消耗的電力約占數(shù)據(jù)中心運營所需總電力的 40% 。因此，提高冷卻系統(tǒng)的效率可以節(jié)省數(shù)據(jù)中心的能源使用。數(shù)據(jù)中心的冷卻技術(shù)可分為三類：房間級冷卻、機架級冷卻和芯片級冷卻。在房間級制冷時，計算機房空調(diào) (CRAC) 裝置和計算機房空氣處理 (CRAH) 裝置等系統(tǒng)用于冷卻數(shù)據(jù)中心機房空氣。CRAC 裝置通過充滿制冷劑的蒸發(fā)器冷卻室內(nèi)空氣，而 CRAH 裝置通過水-空氣熱交換器冷卻室內(nèi)空氣。在機架級冷卻中，冷卻設(shè)備放置在單個服務(wù)器機架的側(cè)面或后部，這些冷卻設(shè)備冷卻離開服務(wù)器的熱空氣。在芯片級冷卻下，服務(wù)器電子芯片與冷卻裝置直接接觸進(jìn)行冷卻。由于縮短了散熱路徑，芯片級冷卻比機架級和房間級冷卻技術(shù)更有效。因此，開發(fā)高性能相變芯片級冷卻技術(shù)對于數(shù)據(jù)中心節(jié)能具有巨大潛力。芯片級冷卻可以通過冷卻裝置間接冷卻芯片或直接將服務(wù)器浸入介電液中來實現(xiàn)。浸入式冷卻的缺點是比熱和潛熱低、流體泄漏問題以及初始成本高。通過熱管或熱虹吸管等相變傳熱裝置進(jìn)行的間接芯片冷卻是有前途且具有成本效益的。

02 成果掠影

近期，印度理工學(xué)院Arvind Pattamatta老師團(tuán)隊開發(fā)了一種具有增強性能的新型集成扁平熱虹吸散熱器 (IFTHS)，可助于能源密集型數(shù)據(jù)中心的節(jié)能芯片級熱管理。IFTHS具有集成空心翅片的冷凝器，其中空心翅片的內(nèi)表面用于冷凝，外表面用于空氣側(cè)對流冷卻。團(tuán)隊研究了不同填充率下 IFTHS 的熱性能，以找到性能最佳的填充率。超疏水冷凝器由于冷凝水回流和滴狀冷凝更快，性能提高了16%。超疏水冷凝器和微通道蒸發(fā)器的組合將性能提高了36%。與基線傳統(tǒng)平板熱虹吸管相比，IFTHS 配置的整體電阻、最高溫度和散熱器重量分別降低 19–41%、8–25 °C 和 44–46%。當(dāng)采用IFTHS配置代替基準(zhǔn)配置來冷卻數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中的電子芯片時，電子元件的壽命可提高3.73-17.75倍，室內(nèi)空氣冷卻負(fù)荷可減少8.04-25.12 kJ/kg。研究成果以“A novel integrated flat thermosyphon heat sink for energy-efficient chip-level thermal management in data centers”為題發(fā)表于《Applied Thermal Engineering》。

03 圖文導(dǎo)讀