تقنية تبديد الحرارة Thermosyphon في وحدة معالجة الرسومات

vvvمع تطوير التعلم العميق والمحاكاة وتصميم BIM وتطبيقات صناعة AEC في مختلف الصناعات، تحت مباركة تقنية GPU الافتراضية لتقنية الذكاء الاصطناعي، يلزم تحليل قوة حوسبة GPU القوية. تميل كل من خوادم GPU ومحطات عمل GPU إلى أن تكون مصغرة وموحدة ومتكاملة للغاية. غالبًا ما تصل كثافة التدفق الحراري إلى 7-10 أضعاف كثافة معدات خادم GPU التقليدية المبردة بالهواء. نظرًا للتركيب المركزي للوحدات، يوجد عدد كبير من بطاقات الرسومات NVIDIA GPU بكمية كبيرة من الحرارة، لذا فإن مشكلة تبديد الحرارة بارزة جدًا. في الماضي، لم تعد تكنولوجيا تصميم تبديد الحرارة الشائعة الاستخدام قادرة على تلبية متطلبات الأنظمة الجديدة. لا يمكن فصل خوادم GPU التقليدية المبردة بالماء أو خوادم GPU المبردة بالسوائل عن دعم المراوح. اليوم سوف نقوم بتحليل تقنية تبديد الحرارة بالثرموسيفون.

في الوقت الحاضر، تستخدم تقنية تبديد الحرارة بالشفط الحراري الموجودة في السوق بشكل أساسي عمودًا أو لوحة مشعاع كجسم، ويتم إدخال أنبوب متوسط ​​الحرارة في الجزء السفلي من المبرد، ويتم حقن سائل العمل في الغلاف، ويتم إنشاء بيئة مفرغة . هذا هو أنبوب الحرارة الجاذبية درجة الحرارة العادية. عملية العمل هي كما يلي: في الجزء السفلي من المبرد، يقوم نظام التسخين بتسخين سائل العمل في الغلاف من خلال أنبوب الحرارة المتوسط. ضمن نطاق درجة حرارة العمل، يغلي سائل العمل، ويرتفع البخار إلى الجزء العلوي من المبرد ليتكثف ويطلق الحرارة، ويتدفق المكثف على طول الجدار الداخلي للرادياتير. يتم تسخين الارتجاع إلى قسم التسخين وتبخيره مرة أخرى، ويتم نقل الحرارة من مصدر الحرارة إلى المشتت الحراري من خلال تغيير طور الدورة المستمرة لسائل العمل لتحقيق غرض التسخين والتدفئة.

تطبيق تبديد الحرارة بالثرموسيفون على محطات عمل GPU:

كيف يتحرك كل جيل من مبردات وحدة المعالجة المركزية خطوة بخطوة إلى حد الأداء النظري المعاصر. بدءًا من المشتت الحراري المصنوع من الألومنيوم الأكثر بدائية حتى الوقت الحاضر، فهو خيار جيد. قد تعتقد أنه بما أن بعض الزعانف الصغيرة سهلة الاستخدام، فهل من الأفضل استخدام زعانف أكبر وأكبر؟ ومع ذلك، فإن النتيجة ليست كذلك. كلما ابتعدت الزعانف عن مصدر الحرارة، انخفضت درجة حرارة الزعانف. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى درجة حرارة الهواء المحيط، بغض النظر عن مدة صنع الزعانف، فإن نقل الحرارة لن يستمر في الزيادة.

عندما يدخل استهلاك طاقة الحوسبة الحديثة لوحدة معالجة الرسومات في نطاق 75 إلى 350 واط أو حتى أعلى، يتجه مهندسو التصميم الحراري إلى تطوير طرق جديدة لتبديد الحرارة. أنبوب الحرارة نفسه لا يعزز قدرة تبديد الحرارة للمبرد. وتتمثل مهمتها في استخدام التوصيل الحراري والحمل الحراري في نفس الوقت لتحقيق كفاءة نقل الحرارة أعلى بكثير من كفاءة المعدن نفسه.

في وقت مبكر من عام 1937، ظهرت تكنولوجيا ثيرموسيفون. أثناء التشغيل العادي، يغلي السائل الموجود داخل أنبوب الحرارة، ويصل البخار إلى نهاية التكثيف من خلال غرفة البخار، ومن ثم يعود البخار إلى السائل ثم يعود إلى مصدر الحرارة من خلال قلب الأنبوب. عادة ما يكون قلب الأنبوب في المعدن الملبد. ومع ذلك، إذا امتص أنبوب الحرارة الكثير من الحرارة، فستحدث ظاهرة "تجفيف أنبوب الحرارة". لا يتحول السائل إلى بخار في غرفة البخار فحسب، بل يتحول أيضًا إلى بخار في قلب الأنبوب، مما يمنعه من التحول مرة أخرى إلى السائل ليعود إلى مصدر الحرارة، مما يزيد بشكل كبير من المقاومة الحرارية لأنبوب الحرارة.

الآن أبرز ما لدينا هو ثيرموسيفون قادم. إن تبديد الحرارة بالثرموسيفون ليس مثل الأنبوب الحراري، الذي يستخدم قلب الأنبوب لإعادة السائل إلى نهاية التبخر، ولكنه يستخدم الجاذبية فقط، مقرونًا ببعض التصميمات البارعة لتشكيل الدورة الدموية، ويستخدم عملية تبخر السائل كمضخة مياه . هذه ليست تقنية جديدة، فهي شائعة جدًا في التطبيقات الصناعية ذات إطلاق الحرارة الكبير.

بشكل عام، سوف يغلي سائل التبريد الموجود داخل وحدة معالجة الرسومات، ويتدفق لأعلى إلى جانب التكثيف بالداخل، ويعود مرة أخرى إلى السائل ثم يعود إلى جانب التبخر. هناك ميزتان رئيسيتان من الناحية النظرية:

1. تجنب جفاف الأنابيب الحرارية، ويمكن استخدامها لرفع تردد التشغيل للرقائق فائقة الأداء

2. نظرًا لعدم وجود حاجة لمضخة مياه، فإن الموثوقية أفضل من تبريد المياه المتكامل التقليدي

أهم نقطة في تبديد الحرارة بالثرموسيفون هي أن سمكه سيتم تقليله من 103 مم التقليدي إلى 30 مم فقط (تم تقليله إلى أقل من الثلث)، كما أن الشكل صغير نسبيًا ولن يؤثر على الأداء. من أجل تسهيل معالجة معدات تبديد الحرارة باستخدام السيفون الحراري، تستخدم معظم الشركات المصنعة حاليًا مواد الألومنيوم. يتم استخدام النحاس أيضًا، وقد تنخفض درجة الحرارة بمقدار 5-10 درجة، فقط لخوادم GPU التي تولد المزيد من الحرارة.