Définition de base et principe de fonctionnement

Structures principales et processus de fabrication

• Plaques de refroidissement à ailettes rasées / microcanaux (courant pour les supercalculateurs): Des microcanaux ou des ailettes de 0,1 à 1 mm sont usinés ou gravés avec précision sur des substrats en cuivre ou en aluminium. Ils présentent de grandes surfaces d'échange thermique et une faible résistance thermique (jusqu'à 0,02 °C/W). Le MLCP (Microchannel Cooling Plate Integrated Package) intègre davantage la plaque de refroidissement avec le IHS de la puce, éliminant la couche TIM intermédiaire et réduisant la résistance thermique de plus de 40 %, ce qui convient aux GPU/CPU de 1500 à 2000 W.
• Plaques de refroidissement à tubes intégrés: Des tubes en cuivre sont intégrés dans des rainures fraisées sur la plaque de base et scellés par soudage. Les coûts sont environ 30 % inférieurs à ceux des types à microcanaux, ce qui les rend adaptés aux nœuds généraux de puissance moyenne à élevée, bien qu'avec une résistance thermique locale légèrement plus élevée.
• Plaques de refroidissement imprimées en 3D: Produites par technologie SLM à l'aide d'alliages de cuivre avec des canaux de circulation optimisés en topologie. Des canaux complexes peuvent être personnalisés, améliorant l'efficacité de la dissipation thermique de 30 %, mais les coûts de production de masse élevés limitent leur utilisation aux composants de supercalculateurs personnalisés.
• Plaques de refroidissement soufflées / extrudées: Faible coût et vitesse de production élevée, mais performances thermiques limitées ; généralement pas utilisées pour les puces de calcul principales.

Spécifications techniques clés et support système

• Matériaux: Cuivre (conductivité thermique 401 W/(m·K), préféré pour l'échange thermique), aluminium (léger et peu coûteux pour les composants auxiliaires). Les modèles haut de gamme utilisent des alliages cuivre-tungstène pour équilibrer la conductivité thermique et le coefficient de dilatation thermique.
• Étanchéité et sécurité: Double joint torique + brasage sous vide, taux de fuite < 10⁻⁶ mL/h. Équipé de capteurs de pression / de fuite de liquide et de vannes d'arrêt automatiques.Liquides de refroidissement
• : Eau déminéralisée (faible coût, capacité thermique spécifique élevée), eau-glycol (antigel), fluide fluoré électronique (isolant, pour les applications sensibles aux fuites).CDU et contrôle
• : Précision du contrôle de température ±0,5 °C, débit réglable pour éviter les différences de température excessives entre les puces.Performances thermiques
• : Densité de flux thermique jusqu'à 100 W/cm²+, différence de température de surface de la puce < 5 °C.Applications typiques de supercalculateursSummit / Sierra (Oak Ridge / Lawrence Livermore National Laboratory, USA)

: Adopte un refroidissement hybride avec refroidissement direct pour tous les CPU et GPU. Les plaques de refroidissement gèrent 90 % de la charge thermique. La température de l'eau de refroidissement dépasse 40 °C, réduisant considérablement la consommation d'énergie du système.

• Supercalculateurs domestiques de nouvelle génération exascale (par exemple, modèles de suivi de Sunway, Tianhe): Utilisation généralisée du refroidissement liquide par plaque froide. Certains adoptent le MLCP et le refroidissement biphasique (absorption de chaleur par ébullition des fluides à changement de phase), améliorant encore l'efficacité du refroidissement et réduisant la consommation d'énergie de la pompe de 30 % à 60 %.
• Défis et tendances de développementCoût et fabrication

: Les microcanaux et le MLCP nécessitent une précision d'usinage extrêmement élevée, et le rendement affecte directement le coût.

• Maintenance: Le fonctionnement à long terme nécessite une pureté élevée du liquide de refroidissement et des canalisations propres pour éviter la corrosion et l'encrassement.
• Tendances: Intégration des plaques de refroidissement et de l'emballage des puces, refroidissement biphasique, solutions hybrides immersion + plaque froide, et contrôle prédictif basé sur l'IA pour le débit et la température de la CDU.