AI Server Thermal Management: Jak nejlépe kombinovat termální gel a termální podložky

Díky rychlému nasazení velkých-modelových školicích aplikací a aplikací AI inference spotřeba energie jednotlivých serverových karet AI nadále láme rekordy. Deformace třísek, montážní tolerance, výškové rozdíly zařízení a prodloužený nepřetržitý provoz představují pro materiály TIM (Thermal Interface Material) přísné výzvy. Mnoho konstruktérů tepelného designu čelí dilematu: měli by zvolit tepelné gelové nebo termální silikonové podložky pro součásti vytvářející teplo jádra-?

Spoléhání se na jediný materiál ztěžuje současné řešení mnoha požadavků na vysokou hustotu tepelného toku, konstrukční tolerance, elektrickou izolaci, hromadnou výrobu a následnou{0}}údržbu. Tyto dva materiály se doplňují; Porozumění jejich aplikačním scénářům a jejich správná kombinace je klíčem k efektivnímu řešení odvodu tepla.

Porovnání základních charakteristik Thermal Gel a Thermal silikonových podložek

Termální gel: Přizpůsobuje se hlavním zdrojům tepla, přizpůsobuje se montážním tolerancím
Termální gel je polo-tekutý, rosolovitý- materiál, který podporuje automatizované procesy dávkování. Pod tlakem volně teče, aby vyplnil mezery, a nabízí vynikající toleranci pro deformaci třísek a montážní tolerance. Jeho nízké kontaktní napětí účinně chrání zařízení, jako jsou GPU a HBM.

Výhody: Dokáže vyplnit mezery o velikosti 0,2-2 mm, odolává čerpání při vysokých a nízkých teplotách, udržuje stabilní tepelný odpor a je vhodný pro automatizované operace na velkoobjemových výrobních linkách.

Nevýhody: Omezený izolační výkon, relativně problematické opravy a přepracování, nevhodné pro přímé použití na vysokonapěťových zařízeních.

Hlavní aplikace: GPU jádro, HBM paměť, CPU a další hlavní rozhraní pro odvod tepla čipu.

[Mezi GPU a studenou deskou dochází k určitému deformaci čipu a v celkové sestavě bude docházet ke kolísání tolerance. Tepelně vodivý gel pod tlakem plně vyplňuje mezery na rozhraní, odstraňuje dutiny a zabraňuje poškození paměti HBM s nižším namáháním. Je také vhodný pro automatizované dávkování v továrnách, zajišťuje konzistenci u velkoobjemových-výrobků a zabraňuje kolísání teploty způsobenému vysycháním a odčerpáváním tradičního silikonového tuku.]

Tepelně vodivé silikonové desky: Izolační nárazník, rozptylující okolní zdroje tepla. Tepelně vodivé silikonové fólie jsou prefabrikované elastické fóliové materiály, které lze-řezat na vlastní velikosti. Mají zabudovanou-elektrickou izolaci a vlastnosti zpomalující hoření{4}}, snadno se montují (jednoduše nasazují) a lze je snadno rozebrat a přepracovat, takže jsou vhodné pro odvod tepla periferních součástí na deskách plošných spojů.

Výhody: Vynikající izolace a odolnost vůči napětí, poskytuje odpružení a tlumení nárazů, nevyžaduje žádné speciální vybavení a snadno se udržuje.

Nevýhody: Pevná tloušťka, špatná přizpůsobivost velkým montážním tolerancím, nadměrný tlak může poškodit třísky, nedostatečný tlak může způsobit kontaktní dutiny.

Hlavní aplikace: Napájecí moduly, MOSFETy, čipy BMC, SSD a další periferní komponenty.

[Výkonové integrované obvody, MOSFETy, BMC, SSD atd. mají relativně nižší výkon rozptylu tepla a jejich výškové rozdíly jsou kontrolovatelné. Odpovídající tepelně vodivé silikonové podložky vhodné tloušťky vyplňují mezery mezi komponenty a chladičem/skříní a současně dosahují elektrické izolace. Montáž je jednoduchá a budoucí opravy a výměny desek jsou pohodlnější.]

Rozumný celkový návrh serverů s umělou inteligencí proto je: použití tepelně vodivého gelu v oblastech jádra pro zvládnutí vysoké hustoty tepelného toku způsobeného vysokou spotřebou energie a použití tepelně vodivých silikonových podložek v okrajových oblastech pro vyvážení izolace, tlumení a účinnosti montáže.

⚠️Tipy pro výběr:

Nezakrývejte celé jádro GPU tepelnými podložkami, protože kolísání tolerance může snadno vést k horkým místům a špatným spojením. Také se vyhněte pokrytí celé desky termálním gelem, protože to plýtvá zdroji a představuje izolační riziko v oblastech s vysokým-napětím. Výběr materiálu by neměl brát v úvahu pouze tepelnou vodivost; mezery, napětí, izolace a výrobní procesy, to vše je třeba komplexně zvážit.