这里分享了OCP2019关于液冷技术趋势的内容。说是趋势,实际并没有太多趋势性的东西。但简要介绍了一下当前几种液冷的模式。分享之。
趋势:芯片功耗及温度需求
从图中可见,针对CPU而言,功耗是逐步上升的,但芯片功耗已经有300W左右的,而这是一个不可逆转的趋势。实际上,单芯片功耗上升可能比整机功耗增大对液冷的渴求更加强烈。
这里有一个典型的芯片热阻图,稍微展开介绍一下。我们知道,对于器件而言,发热的都是其内部的die,我们也叫“结”英文junction。“结”和外部封装之间其实比较复杂,不同的封装形式都不一样。这个示例体现了结和壳之间的界面材料TIM1。这样的话,TIM1会有一个热阻R_TIM1,外封装的壳会有一个热阻R_Case。壳和散热器之间界面材料的会产生一个热阻R_TIM2,散热器有一个热阻R_HS。而我们可以测试到的温度点有通过软件读取的Die(结)的温度T_Junction,可以通过测试仪器测试的封装表面的温度T_Case,以及散热器附近的空气温度T_Ambient。
热量沿着热阻路径传递,可以认为热阻越低,散热效果越好。要提升芯片的散热效果,在这个图中,重点就是减小R_TIM1、R_Case、R_TIM2、R_HS。
高集成度芯片对数据中心的驱动力
冷板式液冷技术
冷板式液冷,这是一种常见且成熟的液冷技术,冷板形式有多种,包括微通道冷板、管式冷板等等。采用冷板式液冷实际上大幅降低了前面热阻图中的:R_HS。
下图是一个安装了分水器的机架,整个机架可以安装多台冷板式液冷的服务器。
服务器和分水器之间采用盲插技术,两个盲插接头直接有个导向销,确保盲插的精准度。
单相浸没式液冷
单相浸没式液冷是把服务器浸没在液体中,但液体并未发生相变。芯片的散热还是通过冷板进行散热。看起来可以认为是冷板式液冷服务器不是放在空气中,而是放在了液体中。
两相浸没式液冷
两相浸没式液冷更加符合我们通常理解的液冷模式,液体是一种氟化液,具有良好的性能。整个裸板放在氟化液中,当芯片发热后,就可以让氟化液气化,这个相变过程可以大量吸热,使芯片满足热可靠性要求。气态氟化液上升接触到冷凝器后,液化,重新进入浸没池中。如此循环。
从原理上来看,浸没式液冷实际是一种最简单易行的散热形式,对设备单板也无太多要求。但维护是个麻烦事,同时氟化液的成本也不低。