Анализ развития процесса рассеивания тепла в области графических процессоров/процессоров

Улучшение вычислительной мощности и мощности процессоров и графических процессоров продолжает стимулировать спрос на рассеивание тепла, и наблюдается тенденция к ускорению.

Согласно рейтингам PassMark, процессоры Intel/AMD продолжали увеличивать производительность в одно-/многоядерных процессорах с 2001 по 2020 год.

Между тем, согласно исследованию Techspot, большая часть арифметической (или вычислительной мощности) центральных и графических процессоров определяется плотностью их транзисторов, и каждый транзистор генерирует тепло, когда через него проходит ток, поэтому увеличение плотности транзисторов влечет за собой увеличение тепла;

Между тем, большинство процессоров на рынке способны работать на скоростях, превышающих их базовые частоты.

С другой стороны, из-за быстрого роста спроса на вычислительную мощность ИИ увеличение мощности соответствующих процессоров/графических процессоров также демонстрирует ускоренную тенденцию.

Если взять в качестве примера графические процессоры, то мощность графических процессоров с возможностями обработки изображений, которые в основном используются в играх и других областях, увеличилась почти в 5 раз и составила примерно 450 Вт за 18-летний период с G70 в 2004 году до 102 года нашей эры в 2022 году;

по сравнению с V100/A100/H100, используемыми в области искусственного интеллекта, мощность V100/A100/H100, используемых в области искусственного интеллекта, будет увеличиваться в 1,6x/1,75x каждые три года с 2017 по 2023 год до 700 Вт.

Эволюция материалов и процессов охлаждения на уровне чипа, от воздушного охлаждения до жидкостного.

Производители радиаторов процессора появился первый способ с воздушным охлаждением, ранний цельный экструдированный алюминиевый радиатор давления прижима, алюминий дешев и прост в обработке, но эффективность теплопроводности (237 Вт / (МК)) составляет только половину меди ( 401Вт/(МК)), поэтому и появление засоренного медного радиатора.

Что касается формы радиатора, ранний радиатор с нисходящим давлением, новый башенный радиатор могут повысить эффективность охлаждения за счет бокового обдува.

С увеличением мощности процессора радиатор стал соединяться с тепловыми трубками, ребрами и другими устройствами для формирования более производительного модуля охлаждения, а также появились радиаторы с водяным охлаждением и высокой эффективностью охлаждения.

Охлаждение чипа (включая процессор/графический процессор) в основном имеет два решения: воздушный радиатор и водяной радиатор.При тех же характеристиках и энергопотреблении водяное охлаждение является более мощным, но дорогим и используется на рынке высокого класса.

По мере увеличения мощности процессора радиаторы стали соединяться с тепловыми трубками, ребрами и другими устройствами для формирования более производительных модулей охлаждения, и появились радиаторы с водяным охлаждением и высокой эффективностью охлаждения.

Сравнение методов охлаждения с воздушным и водяным охлаждением

Охлаждение чипов (включая ЦП/ГП) в основном осуществляется с воздушным и водяным охлаждением.При тех же характеристиках и энергопотреблении охлаждение с водяным охлаждением является более мощным, но дорогим и используется на рынке высокого класса.

Сравнение методов охлаждения чипов с воздушным и водяным охлаждением

Метод охлаждения	Принцип охлаждения	Преимущества	Недостатки
空气散热器Воздушный радиатор	Тепло, выделяемое при работе процессора/графического процессора, передается на радиатор и передается с окружающим воздухом под действием вентилятора.	Низкая цена, высокая безопасность	Шумный, большой размер, ограниченная эффективность рассеивания тепла, зависит от вентиляции корпуса.
Водяной радиатор	Тепло процессора поглощается жидкостью в трубопроводе под действием водяного насоса, охлаждается и многократно циркулирует.	Тепло процессора поглощается жидкостью в трубопроводе под действием водяного насоса, охлаждается и многократно циркулирует.	Высокая цена, сложность ремонта, полностью закрытый корпус, риск протечки воды.

Детали радиатора водяного охлаждения и принцип работы

С водяным охлаждением Радиатор Модуль в основном содержит холодную пластину, водопроводную трубу, вентилятор, холодную головку и другие компоненты, разделенные на цельное водяное охлаждение и раздельное водяное охлаждение, оба они работают по одному и тому же принципу, но существуют различия в способе работы компонентов. собран.Возьмем, к примеру, встроенное водяное охлаждение: внутри холодной головки находится насос, при работе сторона холодной головки находится в непосредственном контакте с поверхностью процессора, а другая сторона использует процесс ЧПУ для выбивания большого количества канавок ( микроканалы), холодная вода течет через микроканалы, нагревается за счет тепла процессора, через насос, чтобы управлять потоком воды, течет через водопровод, чтобы попасть в холодный ряд, холодный ряд имеет много внутренних водных путей Между водными путями установлено большое количество плавников, тепло передается плавникам через холодный ряд, верхний вентилятор рассеивает тепло, охлаждая холодный ряд, водопроводную трубу, вентилятор и так далее.

Тепло передается ребрам, а затем рассеивается вентилятором сверху холодного взвода, и охлажденная холодная вода снова течет обратно, а холодная жидкость, циркулирующая водяным насосом, отбирает тепло, поглощенное из сердцевины холодной головки. .Размер охлаждающей пластины сильно влияет на эффективность охлаждения: распространенные размеры на рынке составляют 120 мм, 240 мм и 360 мм.

В настоящее время холодная головка процессора и холодная головка видеокарты в основном применяются для теплопроводности медного дна, на рынке представлены две основные конструкции холодной головки процессора с водяным охлаждением: одна - обычный тип медной колонны, другая - струйного типа. Холодная головка струйного типа в медной колонне основана на способности воды через узкое сопло быстро распылять на нижнюю часть медной пластины, чтобы увеличить местную скорость потока и образование турбулентности, так что жидкость с водяным охлаждением нагревается. -эффективность поглощения значительно улучшена, водостойкость холодной головки струйного типа выше, водяной насос. Водостойкость струйного охладителя выше, что требует более высокого напора водяного насоса.Холодная головка видеокарты делится на одноядерную, половинную и полную.

Детали модуля охлаждения с воздушным охлаждением и принцип работы

Принцип работы модуля воздушного охлаждения заключается в том, что большое количество тепла, выделяемого процессором/графическим процессором во время работы, передается радиатору, вызывая его нагревание.Под действием вентилятора тепло передается между радиатором и окружающим воздухом, и температура достигает равновесного и стабильного состояния, когда тепло, выделяемое радиатором, равно теплу, выделяемому процессором во время его максимального энергопотребления. .Модуль воздушного охлаждения состоит из трех основных компонентов:

1. Тепловые трубки или паровая камера;

2. Ребра теплоотвода. Ребра;

3. Вентилятор охлаждения или турбина;

Эти три части часто сочетаются с теплопроводными материалами и такими процессами, как пайка, для ускорения теплопередачи.Существует два основных способа контакта тепловых трубок с ребрами: один — «сквозной», когда тепловые трубки вставляются непосредственно в ребра, а другой — пайка металла.

Метод контакта тепловой трубы и ядра процессора/графического процессора в основном бывает двух видов, один - прямой контакт, непосредственно с обработкой тепловой трубки до приблизительной формы нижней поверхности шлифования и наклеивания на ядро, этот метод обработки является недорогим. , но склонен к деформации, в основном используется для бюджетных моделей;Высококачественное медное дно больше, обработка тепловой трубы перемежается со сваркой тепловой трубы в медном блоке или с канавкой меди, которая будет зажата в середине тепловой трубы, тепло поглощается медное дно перед передачей на тепловую трубку, а затем перенесено на тепловую трубку.Тепло сначала поглощается медным дном, а затем передается на тепловую трубку, что обеспечивает длительный срок службы, равномерную теплопередачу и более высокую стоимость.