Pagpili ng Istruktura ng Plato ng Pagpapalamig ng Likido ng Data Center

Habang patuloy na lumalago ang AI computing, mga serbisyo sa cloud, mataas-performance computing, at malawakang pagproseso ng datos, ang mga data center ay nahaharap sa mas mataas na thermal load kaysa dati. Ang mga modernong CPU, GPU, AI accelerator, at mataas-density server module ay bumubuo ng purong init na hindi na kayang pangasiwaan nang mahusay ng mga tradisyonal na air cooling system.

Dahil dito, ang liquid cooling ng data center ay naging isang mahalagang solusyon para sa susunod na henerasyon ng thermal management. Sa iba't ibang teknolohiya ng liquid cooling, ang liquid cooling plate, na kilala rin bilang liquid cold plate o water cooling plate, ay gumaganap ng mahalagang papel sa paglilipat ng init mula sa mga mataas-power chips patungo sa coolant loop.

Gayunpaman, ang pagpili ng tamang istruktura ng liquid cooling plate ay hindi lamang usapin ng pagpili ng tanso o aluminyo. Dapat balansehin ng mga inhinyero ang thermal performance, pagbaba ng presyon, bilis ng daloy, gastos sa paggawa, materyal compatibility, reliability, at rack-level cooling efficiency.

Para sa mga data center na gumagamit ng mga mataas-power na CPU, GPU, at AI chips, ang tamang disenyo ng cold plate ay maaaring direktang makaapekto sa temperatura ng chip, katatagan ng system, lakas ng pagbomba, kahusayan ng enerhiya, at pangmatagalang gastos sa operasyon.

Bakit nagiging mahalaga ang mga liquid cooling plate sa mga data center

Ang tradisyonal na air cooling ay umaasa sa mga bentilador at heat sink upang alisin ang init mula sa mga server. Ang pamamaraang ito ay gumagana para sa katamtamang heat load, ngunit habang patuloy na tumataas ang lakas ng chip, ang air cooling ay nahaharap sa ilang mga limitasyon:

• mas mataas na pagkonsumo ng kuryente ng bentilador

• limitadong kapasidad sa pag-alis ng init

• mas mataas na pagkakaiba sa temperatura ng pasukan at labasan ng server

• mga hot spot sa paligid ng CPU, GPU, at AI accelerators

• kahirapan sa pagpapalamig ng mga siksik na konfigurasyon ng rack

• mas mataas na ingay at mas mababang kahusayan sa enerhiya

• limitadong kakayahang iskala para sa mga kumpol ng ai at hpc

Nilulutas ng isang data center liquid cooling plate ang mga problemang ito sa pamamagitan ng paglalagay ng coolant channel malapit sa pinagmumulan ng init. Ang init ay inililipat mula sa chip patungo sa base ng cold plate, pagkatapos ay inaalis ng circulating coolant.

Kung ikukumpara sa air cooling, ang liquid cooling ay nagbibigay ng mas mataas na kahusayan sa paglipat ng init dahil ang liquid ay may mas mahusay na kapasidad sa pagdadala ng init kaysa sa hangin. Dahil dito, ang liquid cold plates ay lalong angkop para sa:

• pagpapalamig ng ai server

• pagpapalamig ng gpu

• pagpapalamig ng CPU

• pagpapalamig ng kumpol ng hpc

• pagpapalamig ng rack na may mataas na densidad

• pagpapalamig ng edge data center

• imprastraktura ng cloud computing

• mga elektronikong pang-kapangyarihan sa loob ng mga sistema ng data center

Para sa mga data center na patungo sa mas mataas na densidad ng kuryente, ang liquid cooling ay hindi na lamang isang advanced na opsyon. Ito ay nagiging isang kinakailangang estratehiya sa pamamahala ng thermal.

mga pangunahing salik sa pagpili ng istruktura ng likidong plato ng paglamig

Ang "pinakamahusay" na istraktura ng liquid cooling plate ay nakadepende sa aktwal na mga kondisyon ng pagpapatakbo. Ang isang cold plate na may pinakamababang resistensya sa init ay hindi palaging ang pinakamahusay na pagpipilian kung ito ay lumilikha ng masyadong maraming pagbaba ng presyon o masyadong mahal gawin.

Bago pumili ng pasadyang liquid cold plate, dapat suriin ng mga inhinyero ang mga sumusunod na salik.

1. thermal load at daloy ng init

Ang unang hakbang ay tukuyin ang kabuuang heat load ng component. Karaniwan itong sinusukat sa watts. Halimbawa, ang isang mataas-power GPU o AI accelerator ay maaaring makabuo ng ilang daang watts o higit pa, habang ang maraming chips sa isang board ay maaaring lumikha ng mas mataas na pinagsamang heat load.

Bukod sa kabuuang lakas, mahalaga rin ang daloy ng init. Inilalarawan ng daloy ng init kung gaano karaming init ang nakonsentra sa isang partikular na lugar. Ang isang chip na may mataas na daloy ng init ay nangangailangan ng mas mabilis na pagkalat ng init at mas mahusay na panloob na istruktura ng cold plate.

Para sa mga mataas-power GPU at AI chips, ang bilis ng daloy ay kadalasang maaaring bumaba sa hanay na 1–3 lpm bawat cold plate, depende sa lakas ng chip, uri ng coolant, target na pagbaba ng presyon, at kinakailangan sa resistensya sa init.

2. resistensya sa init

Ang resistensya sa init ay isa sa pinakamahalagang tagapagpahiwatig ng pagganap ng cold plate. Ang mas mababang resistensya sa init ay nangangahulugan na ang cold plate ay maaaring maglipat ng init nang mas mahusay mula sa chip patungo sa coolant.

gayunpaman, ang resistensya sa init ay apektado ng maraming salik:

• materyal na malamig na plato

• kapal ng base

• panloob na istruktura ng channel

• bilis ng daloy ng coolant

• patag na ibabaw ng kontak

• materyal na thermal interface

• laki ng chip at distribusyon ng init

• kalidad ng paggawa

• temperatura ng pasukan ng coolant

Ang isang mataas-performance malamig na plato na microchannel ay maaaring magbigay ng napakababang resistensya sa init, ngunit maaari rin nitong pataasin ang pagbaba ng presyon at pagiging kumplikado ng pagmamanupaktura.

3. pagbaba ng presyon at lakas ng pagbomba

Ang pagbaba ng presyon ay isa pang mahalagang salik sa disenyo ng liquid cooling plate. Kung ang panloob na channel ay masyadong makitid o masyadong kumplikado, ang coolant ay maaaring makaranas ng mataas na fmababa resistance. Nangangailangan ito ng mas malakas na bomba at nagpapataas ng pagkonsumo ng enerhiya.

Sa iisang cold plate, ang pagbaba ng presyon ay maaaring mukhang kayang pamahalaan. Ngunit sa isang kumpletong data center rack na may maraming server at maraming cold plate, ang pagbaba ng presyon ay nagiging isyu sa antas ng sistema.

Ang isang mahusay na data center liquid cooling plate ay hindi lamang dapat mag-alis ng init nang mahusay kundi mapanatili rin nito ang makatwirang hydraulic performance. Nakakatulong ito na mabawasan ang pumping power at mapabuti ang kabuuang kahusayan ng cooling system.

4. distribusyon ng daloy

Para sa mga multi-chip module, malalaking CPU, GPU, o accelerator board, napakahalaga ng pare-parehong distribusyon ng coolant. Ang mahinang distribusyon ng daloy ay maaaring maging sanhi ng mas kaunting coolant na natatanggap sa ilang lugar, na lumilikha ng mga lokal na hot spot.

Ang panloob na istruktura ng cold plate ay dapat na pantay na gumagabay sa coolant sa lugar na pinagmumulan ng init. Ito ay lalong mahalaga para sa paglamig ng AI chip at mataas-density na paglamig ng GPU, kung saan ang init ay puro at ang mga thermal margin ay makitid.

5. pagpili ng materyal

Ang pagpili ng materyal ay nakakaapekto sa thermal performance, gastos, timbang, resistensya sa kalawang, at proseso ng pagmamanupaktura.

Ang dalawang pinakakaraniwang materyales para sa mga likidong malamig na plato ay aluminyo at tanso.

Para sa mga data center, ang mga aluminyo cold plate ay kadalasang kaakit-akit dahil sa mga bentahe sa gastos at bigat. Mas gusto ang mga tanso cold plate kapag ang daloy ng init ng chip ay napakataas at ang thermal performance ang pangunahing prayoridad.

6. paraan ng paggawa

Ang iba't ibang pamamaraan ng pagmamanupaktura ay humahantong sa iba't ibang istruktura, gastos, at antas ng pagganap ng cold plate.

Ang mga karaniwang pamamaraan ng pagmamanupaktura ay kinabibilangan ng:

• pagmakinilya ng cnc

• pagpapatigas

• hinang na may friction stir

• pagpapatigas gamit ang vacuum

• paggawa ng skived fin

• pagproseso ng microchannel

• pagbubuklod ng tanso-aluminyo

• pag-stamping at paghubog para sa ilang malalaking disenyo

Para sa isang tagagawa ng pasadyang liquid cold plate, ang susi ay hindi lamang ang pagdisenyo ng isang mataas-performance channel, kundi pati na rin ang pagtiyak na ang istraktura ay maaaring magawa nang maaasahan sa malawakang dami.

mga karaniwang istruktura ng liquid cooling plate para sa mga data center

Ang iba't ibang istruktura ng internal cold plate ay angkop para sa iba't ibang workload ng data center. Kabilang sa mga pangunahing uri ang malamig na plato na may skived fins, malamig na plato na mga microchannel, cold plate na na-optimize para sa topolohiyas, at iba pang advanced mataas-performance structures.

1. skived fin liquid cold plate

Ang isang malamig na plato na may skived fin ay gumagamit ng manipis na mga palikpik sa loob ng likidong daluyan upang mapataas ang lugar ng paglipat ng init. Ang coolant ay dumadaloy sa istruktura ng palikpik at nag-aalis ng init mula sa base.

Ito ay isang medyo tradisyonal at malawakang ginagamit na istruktura. Nag-aalok ito ng matatag na pagganap at angkop para sa pangkalahatang workload ng data center.

mga bentahe ng malamig na plato na may skived fins

• proseso ng paggawa ng mga nasa hustong gulang

• mahusay na lugar ng paglipat ng init

• angkop para sa mga bahaging may katamtaman hanggang mataas na lakas

• matipid kumpara sa mas kumplikadong mga istruktura

• mas madaling i-customize para sa iba't ibang laki

mga limitasyon

• Ang resistensya sa init ay maaaring mas mataas kaysa sa mga advanced na disenyo ng microchannel

• Ang pagbaba ng presyon ay lubos na nakasalalay sa densidad ng palikpik at landas ng daloy

• hindi palaging ang pinakamahusay na opsyon para sa mga napakataas na daloy ng init na AI chips

Ang mga skived fin liquid cold plate ay angkop para sa pangkalahatang pagpapalamig ng server, pagpapalamig ng CPU, at mga aplikasyon sa data center kung saan mahalaga ang gastos, pagiging maaasahan, at kakayahang magawa.

2. malamig na platong likidong microchannel

Ang isang malamig na plato na microchannel ay gumagamit ng napakaliit na panloob na mga channel upang mapataas ang lugar ng pakikipag-ugnayan ng coolant at mapabuti ang pagganap ng paglipat ng init. Ang istrukturang ito ay gumagana tulad ng isang lubos na mahusay na liquid-cooled heat sink sa loob ng cold plate.

Ang mga disenyo ng microchannel ay lalong kapaki-pakinabang para sa mga pinagmumulan ng init na may mataas na densidad tulad ng mga GPU, AI accelerator, at HPC processor.

mga bentahe ng malamig na plato na mga microchannel

• napakababang resistensya sa init

• mataas na kahusayan sa paglipat ng init

• malakas na pagganap para sa mga purong pinagmumulan ng init

• angkop para sa pagpapalamig ng ai chip at pagpapalamig ng gpu

• siksik na istraktura para sa mga aplikasyon na may mataas na densidad ng kuryente

mga limitasyon

• mas mataas na pagbaba ng presyon kaysa sa mga simpleng disenyo ng channel

• mas sensitibo sa kalinisan ng coolant

• mas mahirap gawin

• mas mataas na gastos kumpara sa karaniwang mga cold plate

• nangangailangan ng maingat na disenyo ng pamamahagi ng daloy

Para sa mga modernong AI data center, ang mga microchannel liquid cold plate ay nagiging lalong mahalaga dahil mabilis na tumataas ang lakas ng maliit na tilad at daloy ng init.

3. cold plate na na-optimize para sa topolohiya

Ang isang cold plate na na-optimize para sa topolohiya ay gumagamit ng mga advanced na pamamaraan ng disenyo upang ma-optimize ang mga panloob na landas ng daloy. Ang layunin ay bawasan ang pagbaba ng presyon habang pinapanatili ang mahusay na thermal performance.

Sa ilang disenyo, ang pag-optimize ng topolohiya ay maaaring makabawas sa pagbaba ng presyon ng higit sa 20%. Maaari itong maging mahalaga sa mga sistema kung saan ang lakas ng pagbomba ay isang pangunahing limitasyon.

mga kalamangan

• mas mababang pagbaba ng presyon

• mas mahusay na kahusayan ng haydroliko

• maaaring i-optimize para sa mga partikular na layout ng chip

• kapaki-pakinabang para sa kahusayan ng enerhiya sa antas ng rack

mga limitasyon

• mas kumplikadong proseso ng disenyo

• mas mataas na gastos sa paggawa

• ang pagtaas ng pagganap ay maaaring hindi palaging nagbibigay-katwiran sa gastos

• nangangailangan ng simulasyon at pagpapatunay

Ang mga istrukturang na-optimize para sa topolohiya ay angkop para sa mga data center kung saan ang cooling loop ay dapat humawak ng maraming cold plate at ang lakas ng pumping ay isang pangunahing prayoridad.

4. mga advanced na mataas-power cold plate structures

Para sa mga chips o module na may napakataas na power, maaaring kailanganin ang mga advanced na istruktura. Ang mga istrukturang ito ay idinisenyo upang humawak ng napakataas na TDPS, minsan ay higit sa ilang libong watts sa antas ng sistema.

Ang mga ganitong disenyo ay maaaring pagsamahin:

• mga microchannel

• distribusyon ng daloy ng manifold

• na-optimize na layout ng pasukan at labasan

• mga istrukturang channel na may maraming patong

• mga base na tanso na may mataas na kondaktibiti

• panloob na heometriya na may mababang presyon

• mga proseso ng pasadyang pagbubuklod at pagwelding

Ang mga cold plate na ito ay karaniwang ginagamit sa mga AI cluster, hpc system, mataas-power accelerator module, at mga dense rack-level cooling solution.

paghahambing ng pagganap ng mga istruktura ng liquid cooling plate

Ang sumusunod na talahanayan ay nagbubuod ng mga tipikal na katangian ng pagganap ng iba't ibang istruktura ng likidong malamig na plato.

Ang tamang pagpili ay nakadepende kung ang pinahahalagahan ng customer ay ang pinakamababang temperatura ng chip, pinakamababang pagbaba ng presyon, pinakamababang gastos, pinakamadaling paggawa, o pinakamahusay na kabuuang kahusayan ng sistema.

resistensya sa init vs. pagbaba ng presyon: ang pangunahing kompromiso

Sa disenyo ng likidong malamig na plato, ang resistensya sa init at pagbaba ng presyon ay kadalasang konektado.

Ang mas siksik na istruktura ng palikpik o mas maliit na microchannel ay maaaring makabawas sa resistensya sa init dahil pinapataas nito ang heat transfer area. Gayunpaman, maaari rin nitong mapataas ang fmababa resistance, na lumilikha ng mas mataas na pagbaba ng presyon.

sa kabilang banda, ang mas malawak na channel ay maaaring makabawas sa pagbaba ng presyon, ngunit maaaring hindi ito makapagbigay ng sapat na performance sa heat transfer para sa mga mataas-power chips.

Lumilikha ito ng isang karaniwang kompromiso sa inhinyeriya:

Para sa mga aplikasyon ng data center, ang layunin ay hindi ang pagdidisenyo ng pinakamalakas na cold plate nang mag-isa. Ang layunin ay ang pagdidisenyo ng pinakamahusay na cold plate para sa buong cooling loop, kabilang ang mga pump, manifold, quick connector, coolant distribution unit, at mga thermal requirement sa rack-level.

Paano pumili ng tamang istruktura ng cold plate para sa iba't ibang aplikasyon ng data center

Ang iba't ibang workload ng data center ay nangangailangan ng iba't ibang istruktura ng cold plate.

mga pangkalahatang server ng data center

Para sa mga karaniwang CPU server at katamtamang init, ang mga aluminyo o tanso malamig na plato na may skived fin ay maaaring magbigay ng mahusay na balanse ng performance, gastos, at reliability.

inirerekomendang istruktura:

• malamig na plato na aluminyo o tanso

• simpleng istruktura ng channel o skived fin

• katamtamang bilis ng daloy

• mababa hanggang katamtamang pagbaba ng presyon

• paraan ng paggawa na matipid

mga server ng pagsasanay sa ai

Karaniwang gumagamit ang mga AI training server ng mga mataas-power GPU at accelerator. Ang mga chip na ito ay nakakabuo ng mataas na daloy ng init at kadalasang nangangailangan ng mas advanced na mga istruktura ng pagpapalamig.

inirerekomendang istruktura:

• malamig na plato na may base na tanso

• istrukturang microchannel

• na-optimize na pamamahagi ng daloy

• mas mataas na kakayahan sa daloy

• mababang disenyo ng resistensya sa init

mga kumpol ng hpc

Ang mga sistemang hpc ay kadalasang nangangailangan ng matatag at pangmatagalang operasyon at mataas na kahusayan sa paglamig. Ang parehong resistensya sa init at pagbaba ng presyon ay dapat na maingat na kontrolin.

inirerekomendang istruktura:

• malamig na plato na gawa sa tanso o tanso-aluminyo

• disenyo ng daloy ng microchannel o manifold

• pag-optimize ng mababang pagbaba ng presyon

• maaasahang pagbubuklod at hinang

• pagpapatunay sa antas ng sistema

mga sentro ng datos sa gilid

Ang mga edge data center ay maaaring may limitadong espasyo at maaaring i-deploy sa mga kapaligirang hindi gaanong kontrolado. Napakahalaga ng pagiging maaasahan at siksik na istraktura.

inirerekomendang istruktura:

• aluminyo cold plate para sa magaan na disenyo

• siksik na istraktura ng channel

• paggamot sa ibabaw na lumalaban sa kalawang

• maaasahang pagsusuri sa tagas

• madaling pag-install at pagpapanatili

checklist ng disenyo para sa mga likidong plato ng pagpapalamig ng data center

Bago bumuo ng isang pasadyang liquid cooling plate, dapat kumpirmahin ng mga inhinyero ang mga pangunahing parameter sa maagang yugto ng disenyo.

Ang checklist na ito ay nakakatulong na mabawasan ang mga pagkakamali sa disenyo at nagbibigay-daan sa customer at tagagawa na makipag-ugnayan nang mas mahusay.

mga pagsasaalang-alang sa pagmamanupaktura para sa mga cold plate ng data center

Ang isang mataas-performance cold plate ay hindi lamang dapat mahusay na gumanap sa simulation. Dapat din itong magawa, maaasahan, at angkop para sa pangmatagalang operasyon ng data center.

1. pagiging maaasahan ng pagbubuklod

Ang mga data center ay nangangailangan ng napakataas na pagiging maaasahan. Ang anumang pagtagas ng coolant ay maaaring magdulot ng malubhang pinsala sa mga server at mga sistemang elektrikal. Samakatuwid, ang mga cold plate ay dapat dumaan sa mahigpit na pagsusuri sa pagtagas at pagsusuri sa presyon.

2. pagkontrol sa kalawang

Kapag gumagamit ng mga aluminyo cold plate, dapat na maingat na isaalang-alang ang pagiging tugma ng coolant at proteksyon laban sa kalawang. Ang paggamot sa ibabaw at kemistri ng coolant ay mahalaga para sa pangmatagalang pagiging maaasahan.

3. pagkapatag at pagtatapos ng ibabaw

Ang ibabaw na nakadikit sa pagitan ng chip at ng cold plate ay dapat na patag at sapat na makinis upang mabawasan ang resistensya sa init ng interface. Ang mahinang pagkadikit ay maaaring magdulot ng hindi pantay na presyon ng kontak at mga hot spot.

4. panloob na kalinisan

Para sa mga malamig na plato na microchannel, napakahalaga ng panloob na kalinisan. Ang maliliit na partikulo ay maaaring humarang sa mga microchannel at makaapekto sa pagganap ng paglamig. Kinakailangan ang wastong paglilinis at inspeksyon habang ginagawa ang produksyon.

5. nasusukat na pagmamanupaktura

Ang mga proyekto sa data center ay kadalasang nangangailangan ng batch production. Ang disenyo ng cold plate ay dapat na i-optimize hindi lamang para sa performance kundi pati na rin para sa paulit-ulit na pagmamanupaktura, pagkontrol sa kalidad, at katatagan ng gastos.

Paano sinusuportahan ni Kingka ang mga proyekto ng data center liquid cooling plate

Ang kingka ay nagbibigay ng customized na liquid cold plate, water cooling plate, fsw liquid cold plate, cnc machined cold plate, aluminyo cold plate, tanso cold plate, at kumpletong thermal management solutions para sa mga mataas-power electronics at data center applications.

Para sa mga proyekto sa pagpapalamig ng data center, maaaring suportahan ng kingka ang:

• disenyo ng istruktura ng malamig na plato

• pagpili ng materyal

• pag-optimize ng panloob na channel

• pag-unlad ng malamig na plato na microchannel

• paggawa ng malamig na plato na may skived fin

• pagmakinilya ng cnc

• hinang na may friction stir

• pagpapatigas at paghihinang

• paggamot sa ibabaw

• pagsubok sa tagas

• pagsusuri ng pagbaba ng presyon

• pasadyang disenyo batay sa mga guhit ng customer

Ang suporta sa inhinyeriya ng kingka ay nakatuon sa praktikal na pagganap, kakayahang makagawa, pagkontrol sa gastos, at pangmatagalang pagiging maaasahan. Sa halip na pumili lamang ng isang istruktura ng cold plate, tinutulungan namin ang mga customer na suriin ang kumpletong thermal system at piliin ang pinakaangkop na solusyon para sa kanilang aplikasyon.

buod ng pagpili ng istruktura ng malamig na plato

Ang pagpili ng tamang istruktura ng data center liquid cooling plate ay nangangailangan ng pagbabalanse ng thermal performance, pagbaba ng presyon, gastos sa paggawa, pagpili ng materyal, at pagiging maaasahan sa antas ng sistema.

Para sa mga pangkalahatang data center server, ang skived fin o simpleng channel cold plates ay maaaring magbigay ng praktikal at cost-effective na solusyon. Para sa mga mataas-density AI chips, GPU, at HPC processors, maaaring kailanganin ang mga malamig na plato na microchannel o mga advanced na disenyo ng manifold upang makamit ang mas mababang resistensya sa init. Para sa mga system kung saan ang pumping power ang pangunahing pinagtutuunan ng pansin, ang mga cold plate na na-optimize para sa topolohiyas ay makakatulong na mabawasan ang pagbaba ng presyon at mapabuti ang hydraulic efficiency.

Ang pinakamahusay na liquid cold plate ay hindi palaging ang pinakakumplikado. Ito ay ang istrukturang tumutugma sa aktwal na heat load, bilis ng daloy, limitasyon ng pagbaba ng presyon, pangangailangan sa materyal, badyet sa paggawa, at arkitektura ng rack-level cooling.

Nagbibigay ang Kingka ng mga customized na liquid cooling plate, liquid cold plate, water cooling plate, heat sink, at kumpletong thermal management solution para sa mga data center, AI server, hpc system, at mataas-power electronics. Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng kadalubhasaan sa materyal, disenyo ng istruktura, precision manufacturing, at reliability testing, tinutulungan ng Kingka ang mga customer na bumuo ng mahusay, matatag, at scalable na mga solusyon sa pagpapalamig para sa mga susunod na henerasyon ng data center.