แอปพลิเคชั่นระบายความร้อนด้วย Thermosyphon ในเซิร์ฟเวอร์ GPU

   ด้วยการพัฒนาการเรียนรู้เชิงลึก การจำลอง การออกแบบ BIM และแอปพลิเคชันอุตสาหกรรม AEC ในอุตสาหกรรมต่างๆ ภายใต้การอำนวยพรของเทคโนโลยี GPU เสมือนของเทคโนโลยี AI จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์พลังการประมวลผล GPU ที่ทรงพลัง ทั้งเซิร์ฟเวอร์ GPU และเวิร์กสเตชัน GPU มักจะถูกย่อส่วน โมดูลาร์ และบูรณาการสูง ความหนาแน่นของการไหลของความร้อนมักจะสูงถึง 7-10 เท่าของอุปกรณ์เซิร์ฟเวอร์ GPU ที่ระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิม เนื่องจากการติดตั้งโมดูลแบบรวมศูนย์ มีการ์ดกราฟิก NVIDIA GPU จำนวนมากที่มีความร้อนจำนวนมาก ดังนั้นปัญหาการกระจายความร้อนจึงโดดเด่นมาก ในอดีต เทคโนโลยีการออกแบบการกระจายความร้อนที่ใช้กันทั่วไปไม่สามารถตอบสนองความต้องการของระบบใหม่ได้อีกต่อไป เซิร์ฟเวอร์ GPU ระบายความร้อนด้วยน้ำแบบดั้งเดิมหรือเซิร์ฟเวอร์ GPU ระบายความร้อนด้วยของเหลวไม่สามารถแยกออกจากการรองรับพัดลมได้ วันนี้เราจะวิเคราะห์เทคโนโลยีการกระจายความร้อนแบบเทอร์โมไซฟอน

   ในปัจจุบัน เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยเทอร์โมไซฟอนในตลาดส่วนใหญ่ใช้แผงฮีทซิงค์แบบคอลัมน์หรือแผ่นเป็นตัวเครื่อง ท่อความร้อนขนาดกลางถูกสอดเข้าที่ด้านล่างของฮีทซิงค์ ของเหลวทำงานถูกฉีดเข้าไปในเปลือก และสร้างสภาพแวดล้อมสุญญากาศ นี่คือท่อความร้อนแรงโน้มถ่วงอุณหภูมิปกติ ขั้นตอนการทำงานมีดังนี้: ที่ด้านล่างของฮีทซิงค์ระบบทำความร้อนให้ความร้อนแก่ของไหลทำงานในเปลือกผ่านท่อกลางความร้อน ภายในช่วงอุณหภูมิการทำงาน สารทำงานจะเดือด และไอน้ำจะลอยขึ้นที่ส่วนบนของฮีทซิงค์เพื่อควบแน่นและคลายความร้อน และคอนเดนเสทจะไหลไปตามผนังด้านในของฮีทซิงค์. การไหลย้อนไปยังส่วนทำความร้อนจะถูกทำให้ร้อนและระเหยอีกครั้ง และความร้อนจะถูกถ่ายโอนจากแหล่งความร้อนไปยังฮีตซิงก์ผ่านการเปลี่ยนเฟสวงจรอย่างต่อเนื่องของสารทำงานเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ของการทำความร้อนและความร้อน

การประยุกต์ใช้เทอร์โมไซฟอนคูลลิ่งบนเวิร์กสเตชัน GPU
ตัวทำความเย็น CPU แต่ละรุ่นจะก้าวไปสู่ขีดจำกัดของประสิทธิภาพเชิงทฤษฎีร่วมสมัยได้อย่างไร จากฮีตซิงก์อลูมิเนียมแบบดั้งเดิมจนถึงปัจจุบัน มันเป็นตัวเลือกที่ดี คุณอาจคิดว่าเนื่องจากตีนกบขนาดเล็กบางอันนั้นใช้งานง่ายมาก แล้วยิ่งมีตีนกบที่ใหญ่ขึ้นก็ยิ่งดี? อย่างไรก็ตามผลลัพธ์ไม่เป็นเช่นนั้น ยิ่งครีบอยู่ห่างจากแหล่งความร้อนมากเท่าไร อุณหภูมิของครีบก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น เมื่ออุณหภูมิลดลงเท่ากับอุณหภูมิของอากาศโดยรอบ ไม่ว่าจะทำครีบนานแค่ไหน การถ่ายเทความร้อนจะไม่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

   เมื่อการใช้พลังงานการประมวลผล GPU สมัยใหม่เข้าสู่ช่วง 75 ถึง 350 วัตต์หรือสูงกว่านั้น วิศวกรออกแบบระบายความร้อนจึงหันไปพัฒนาวิธีการกระจายความร้อนแบบใหม่ ท่อความร้อนเองไม่ได้เพิ่มความสามารถในการระบายความร้อนของหม้อน้ำ หน้าที่ของมันคือการใช้การนำความร้อนและการพาความร้อนในเวลาเดียวกันเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่สูงกว่าของตัวโลหะเอง

    เร็วเท่าปี 1937 เทคโนโลยีเทอร์โมไซฟอนปรากฏขึ้น ในระหว่างการทำงานปกติ ของเหลวภายในท่อความร้อนจะเดือด และไอน้ำจะถึงจุดสิ้นสุดของการควบแน่นผ่านห้องไอน้ำ จากนั้นไอน้ำจะกลับสู่ของเหลวและจากนั้นกลับสู่แหล่งความร้อนผ่านแกนท่อ แกนของท่อมักจะอยู่ในโลหะเผา อย่างไรก็ตาม หากฮีตไปป์ดูดซับความร้อนมากเกินไป จะเกิดปรากฏการณ์ "ฮีตไปป์แห้ง" ของเหลวไม่เพียงแต่กลายเป็นไอน้ำในห้องอบไอน้ำ แต่ยังกลายเป็นไอน้ำในแกนท่อ ซึ่งป้องกันไม่ให้เปลี่ยนกลับเป็นของเหลวเพื่อกลับไปยังแหล่งความร้อน ซึ่งจะเพิ่มความต้านทานความร้อนของท่อความร้อนอย่างมาก

ตอนนี้ไฮไลท์ของเรากำลังจะมา - เทอร์โมไซฟอน การกระจายความร้อนของ Thermosyphon ไม่เหมือนท่อความร้อนซึ่งใช้แกนท่อเพื่อนำของเหลวกลับไปที่จุดสิ้นสุดการระเหย แต่ใช้แรงโน้มถ่วงเท่านั้น ควบคู่ไปกับการออกแบบอันชาญฉลาดเพื่อสร้างการไหลเวียน และใช้กระบวนการระเหยของของเหลวเป็นปั๊มน้ำ . นี่ไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่ แต่เป็นเรื่องปกติมากในงานอุตสาหกรรมที่มีการปล่อยความร้อนสูง

จุดที่สำคัญที่สุดของการกระจายความร้อนด้วยเทอร์โมไซฟอนคือความหนาจะลดลงจาก 103 มม. แบบดั้งเดิมเหลือเพียง 30 มม. (ลดลงเหลือน้อยกว่าหนึ่งในสาม) และรูปร่างค่อนข้างเล็กและจะไม่ลดทอนประสิทธิภาพ เพื่ออำนวยความสะดวกในการประมวลผลอุปกรณ์กระจายความร้อนแบบเทอร์โมไซฟอน ปัจจุบันผู้ผลิตส่วนใหญ่ใช้วัสดุอลูมิเนียม นอกจากนี้ยังใช้ทองแดง และอุณหภูมิอาจลดลง 5-10 องศา สำหรับเซิร์ฟเวอร์ GPU ที่สร้างความร้อนมากกว่าเท่านั้น