Kern Definitie & Werkingsprincipe

Belangrijkste Structuren & Productieprocessen

• Skived fin / microkanaal koelplaten (mainstream voor supercomputers): 0,1-1 mm microkanalen of vinnen worden met precisie bewerkt of geëtst op koperen of aluminium substraten. Ze hebben grote warmte-uitwisselingsgebieden en lage thermische weerstand (tot 0,02 °C/W). MLCP (Microchannel Cooling Plate Integrated Package) integreert de koelplaat verder met de IHS van de chip, waardoor de tussenliggende TIM-laag wordt geëlimineerd en de thermische weerstand met meer dan 40% wordt verminderd, geschikt voor 1500-2000 W GPU's/CPU's.
• Met buizen ingebedde koelplaten: Koperen buizen worden ingebed in gefreesde groeven op de basisplaat en afgedicht door lassen. De kosten zijn ongeveer 30% lager dan die van microkanaaltypes, waardoor ze geschikt zijn voor algemene knooppunten met gemiddeld tot hoog vermogen, hoewel met een iets hogere lokale thermische weerstand.
• 3D-geprinte koelplaten: Geproduceerd via SLM-technologie met koperlegeringen met topologie-geoptimaliseerde stromingskanalen. Complexe kanalen kunnen worden aangepast, waardoor de efficiëntie van de warmteafvoer met 30% wordt verbeterd, maar hoge kosten voor massaproductie beperken het gebruik tot aangepaste supercomputercomponenten.
• Geblazen / geëxtrudeerde koelplaten: Lage kosten en hoge productiesnelheid, maar beperkte thermische prestaties; over het algemeen niet gebruikt voor kerncomputingchips.

Belangrijkste Technische Specificaties & Systeemondersteuning

• Materialen: Koper (thermische geleidbaarheid 401 W/(m·K), de voorkeur voor warmte-uitwisseling), aluminium (lichtgewicht en goedkoop voor hulpcomponenten). High-end modellen gebruiken koper-wolfraamlegeringen om thermische geleidbaarheid en thermische uitzettingscoëfficiënt te balanceren.
• Afdichting & veiligheid: Dubbele O-ringen + vacuüm solderen, lekkagepercentage < 10⁻⁶ mL/u. Uitgerust met druk-/vloeistofleksensoren en automatische afsluitkleppen.
• Koelmiddelen: Gedeïoniseerd water (lage kosten, hoge specifieke warmtecapaciteit), water-glycol (antivries), elektronische gefluoreerde vloeistof (isolerend, voor toepassingen met gevoeligheid voor lekkage).
• CDU & besturing: Temperatuurregelingsnauwkeurigheid ±0,5 °C, instelbare stromingssnelheid om overmatige temperatuurverschillen tussen chips te voorkomen.
• Thermische prestaties: Warmtefluxdichtheid tot 100 W/cm²+ , chipoppervlaktetemperatuurverschil < 5 °C.

Typische Supercomputer Toepassingen

• Summit / Sierra (Oak Ridge / Lawrence Livermore National Laboratory, VS): Gebruikt hybride koeling met directe koeling voor alle CPU's en GPU's. Koelplaten nemen 90% van de warmtelast voor hun rekening. Koelwatertemperatuur overschrijdt 40 °C, wat het energieverbruik van het systeem aanzienlijk vermindert.
• Nieuwe generatie binnenlandse exascale supercomputers (bijv. opvolgers van Sunway, Tianhe): Gebruiken veel koudplaat vloeistofkoeling. Sommige gebruiken MLCP en tweefasige koeling (kookwarmteabsorptie van faseveranderingsvloeistoffen), waardoor de koelingsefficiëntie verder wordt verbeterd en het pompvermogen met 30%-60% wordt verminderd.

Uitdagingen & Ontwikkelingstrends

• Kosten & productie: Microkanalen en MLCP vereisen extreem hoge bewerkingsprecisie, en de opbrengst heeft directe invloed op de kosten.
• Onderhoud: Langdurige werking vereist hoge koelmiddelzuiverheid en schone leidingen om corrosie en aangroei te voorkomen.
• Trends: Integratie van koelplaten en chipverpakkingen, tweefasige koeling, hybride onderdompeling + koudplaatoplossingen, en AI-gebaseerde voorspellende regeling voor CDU-stroming en temperatuur.