טכנולוגיית פיזור חום Thermosyphon ב-GPU

vvv עם פיתוח של יישומי למידה עמוקה, סימולציה, עיצוב BIM ו-AEC בתעשיות שונות, תחת ברכת טכנולוגיית AI וירטואלית של GPU, נדרש ניתוח כוח מחשוב רב עוצמה של GPU. גם שרתי GPU וגם תחנות עבודה של GPU נוטים להיות ממוזערים, מודולריים ומשולבים מאוד. צפיפות זרימת החום מגיעה לרוב פי 7-10 מזו של ציוד שרת GPU מסורתי מקורר אוויר. בשל ההתקנה המרוכזת של המודולים, יש מספר רב של כרטיסים גרפיים של NVIDIA GPU עם כמות גדולה של חום, כך שבעיית פיזור החום בולטת מאוד. בעבר, טכנולוגיית תכנון פיזור החום הנפוצה כבר לא יכולה לעמוד בדרישות של מערכות חדשות. לא ניתן להפריד שרתי GPU מקוררים במים או שרתי GPU מקורר נוזלים מהתמיכה של מאווררים. היום ננתח את טכנולוגיית פיזור החום של התרמוסיפון.

נכון להיום, טכנולוגיית פיזור החום התרמוסיונית בשוק משתמשת בעיקר ברדיאטור עמודה או צלחת כגוף, צינורית בינונית חום מוכנסת לתחתית הרדיאטור, נוזל עבודה מוזרק למעטפת ונוצרת סביבת ואקום . זהו צינור חום כבידה בטמפרטורה רגילה. תהליך העבודה הוא כדלקמן: בתחתית הרדיאטור, מערכת החימום מחממת את נוזל העבודה במעטפת דרך צינור מדיום החום. בטווח טמפרטורת העבודה, נוזל העבודה רותח, והקיטור עולה לחלקו העליון של הרדיאטור כדי להתעבות ולשחרר חום, והעיבוי זורם לאורך הדופן הפנימית של הרדיאטור. הרפלוקס לחלק החימום מחומם ומתאדה שוב, והחום מועבר ממקור החום לגוף הקירור באמצעות שינוי שלב המחזור הרציף של נוזל העבודה כדי להשיג את מטרת החימום והחימום.

היישום של פיזור חום תרמוסיפוני על תחנות עבודה של GPU:

כיצד כל דור של מצנן CPU נע צעד אחר צעד עד לקצה גבול הביצועים התיאורטיים העכשוויים. מגוף הקירור הפרימיטיבי ביותר מאלומיניום ועד היום, זוהי בחירה טובה. אולי אתם חושבים שמכיוון שכמה סנפירים קטנים כל כך קלים לשימוש, האם עדיף להשתמש בעוד סנפירים גדולים יותר? עם זאת, התוצאה אינה המקרה. ככל שהסנפירים רחוקים יותר ממקור החום, כך הטמפרטורה של הסנפירים נמוכה יותר. כאשר הטמפרטורה יורדת לטמפרטורת האוויר שמסביב, לא משנה כמה זמן ייעשו הסנפירים, העברת החום לא תמשיך לעלות.

כאשר צריכת החשמל של מחשוב GPU מודרני נכנסת לטווח של 75 עד 350 וואט או אפילו יותר, מהנדסי עיצוב תרמי פונים לפתח שיטות פיזור חום חדשות. צינור החום עצמו אינו משפר את יכולת פיזור החום של הרדיאטור. תפקידו להשתמש בהולכת חום והסעת חום בו זמנית כדי להשיג יעילות העברת חום גבוהה בהרבה מזו של המתכת עצמה.

כבר ב-1937 הופיעה טכנולוגיית התרמוסיפונים. במהלך פעולה רגילה, הנוזל שבתוך צינור החום היה רותח, והקיטור היה מגיע לקצה העיבוי דרך תא הקיטור, ואז הקיטור היה חוזר לנוזל ואז חוזר למקור החום דרך ליבת הצינור. ליבת הצינור נמצאת בדרך כלל במתכת המחובעת. אולם אם צינור החום סופג יותר מדי חום, תתרחש תופעת "התייבשות צינור החום". הנוזל לא רק הופך לאדים בתא הקיטור, אלא גם הופך לאדים בליבת הצינור, מה שמונע ממנו לחזור חזרה לנוזל כדי לחזור למקור החום, מה שמגביר מאוד את ההתנגדות התרמית של צינור החום.

עכשיו השיא שלנו הוא הבא-תרמוסיפון. פיזור חום תרמוסיפוני אינו כמו צינור חום, המשתמש בליבת צינור כדי להחזיר את הנוזל לקצה האידוי, אלא משתמש רק בכוח הכבידה, יחד עם כמה עיצובים גאוניים ליצירת מחזור, ומשתמש בתהליך אידוי הנוזל כמשאבת מים . זו לא טכנולוגיה חדשה, היא נפוצה מאוד ביישומים תעשייתיים עם שחרור חום גדול.

באופן כללי, הקירור שבתוך ה-GPU ירתח, יזרום כלפי מעלה לצד ההתעבות שבתוכו, יחזור לנוזל ויחזור לצד המתאדה. ישנם שני יתרונות מרכזיים בתיאוריה:

1. הימנע מצינורות חום להתייבש, וניתן להשתמש בהם לאוברקלוקינג שבבי ביצועים גבוהים במיוחד

2. מכיוון שאין צורך במשאבת מים, האמינות טובה יותר מקירור מים משולב מסורתי

הנקודה החשובה ביותר של פיזור חום תרמוסיפוני היא שעוביו יקטן מ-103 מ"מ המסורתיים ל-30 מ"מ בלבד (יורד לפחות משליש), והצורה קטנה יחסית ולא תתפשר על הביצועים. על מנת להקל על העיבוד של ציוד פיזור חום תרמוסיפון, רוב היצרנים משתמשים כיום בחומרי אלומיניום. נעשה שימוש גם בנחושת, וניתן להוריד את הטמפרטורה ב-5-10 מעלות, רק עבור שרתי GPU שיוצרים יותר חום.