基本定義と作業原理

主な構造と製造プロセス

• スキードフィン/マイクロチャネル冷却プレート (スーパーコンピュータのメインストリーム):0.1~1mmのマイクロチャネルまたはフィンが,銅またはアルミ基板に精密加工または刻印されています.それらは,大きな熱交換領域と低熱抵抗 (0.02 °C/Wまで) を特徴としています.MLCP (マイクロチャネル冷却プレート統合パッケージ) は,さらにチップ IHS と冷却プレートを統合,中間層TIMを排除し,熱抵抗を40%以上削減し,1500~2000WのGPU/CPUに適しています.
• 管内冷却プレート: 銅管は,ベースプレート上の磨き槽に埋め込まれ,溶接によって密封されます.コストはマイクロチャネルタイプより約30%低くなって,中高電力一般ノードに適しています.,わずかに高い局所的な熱耐性があります
• 3Dプリント冷却プレート:SLM技術で製造され,トポロジーに最適化された流通チャネルを銅合金で使用.複雑なチャネルをカスタマイズすることができ,熱消耗効率を30%向上させ,しかし,大量生産コストが高いため, 超コンピュータのパーソナライズされた部品にしか使用できません..
• 吹いた/挤出した冷却プレート: 低コストで生産速度が高いが,熱性能は限られている.一般的にコアコンピューティングチップに使用されない.

主要技術仕様とシステムサポート

• 材料:銅 (熱伝導力401W/m·K),熱交換に好ましい),アルミニウム (軽量で補助部品のコストが低い).高級 型 は,熱 導 率 と 熱 膨張 率 を 均衡 する ため,銅 ・ タングメン 合金 を 用いる.
• 密封と安全性: 2つのOリング+真空溶接,漏れ率 < 10−6 mL/h. 圧力/液体漏れセンサーと自動シャットオフバルブを装備.
• 冷却剤: デイオニ化水 (低コスト,高特異熱容量),水グリコール (防凍),電子フッ素化液 (隔熱,漏れ敏感な用途)
• CDUとコントロール: 温度制御精度 ±0.5°C,切片間の過度の温度差を避けるために調整可能な流量
• 熱性能: 熱流密度 100 W/cm2+まで,チップ表面温度差 < 5 °C.

典型的なスーパーコンピュータアプリケーション

• サミット / シエラ (オークリッジ / ローレンス・リバーモア国立研究所,アメリカ): すべてのCPUとGPUの直接冷却によるハイブリッド冷却を採用する.冷却プレートは熱負荷の90%を処理する.冷却水の温度は40°Cを超え,システムのエネルギー消費量を大幅に削減する.
• 新世代の国内エクサスケールスーパーコンピュータ (例えば,Sunway,天河のフォローアップモデル): 冷板液体冷却を広く使用する.MLCPと二相冷却 (相変化液体の沸騰熱吸収) を採用する.冷却効率をさらに向上させ,ポンプの電力消費量を30%~60%削減する.

課題と発展傾向

• コスト&製造: マイクロチャネルとMLCPには非常に高い加工精度が必要で,出力はコストに直接影響します.
• メンテナンス: 長期間の使用には高清度の冷却液と汚れを防ぐための清潔な管道が必要です.
• トレンド: 冷却プレートとチップパッケージの統合,二相冷却,ハイブリッド浸水+冷却プレートソリューション,およびCDU流量と温度のためのAIベースの予測制御.