ไมโครแชนเนลกับ Skived Fin Cold Plates: วิธีการเลือกน้ำยาทำความเย็นที่เหมาะสม

แผ่นเย็นแบบไมโครช่องและแผ่นเย็นแบบ skived-fin คืออะไร?
เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานของเซิร์ฟเวอร์ AI, GPU และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงยังคงเพิ่มขึ้น การระบายความร้อนด้วยของเหลวจึงกลายเป็นโซลูชันการจัดการระบายความร้อนที่สำคัญ แผ่นเย็นช่วยให้ถ่ายเทความร้อนจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ไปยังสารหล่อเย็นได้ง่ายขึ้นโดยปล่อยให้ของเหลวไหลผ่านช่องภายใน
แผ่นเย็นแบบช่องไมโครและแผ่นเย็นแบบครีบเป็นตัวแทนของวิธีการออกแบบทั่วไปสองวิธี โดยแต่ละวิธีมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกันเกี่ยวกับความสามารถในการถ่ายเทความร้อน ความต้านทานการไหล และกระบวนการผลิต
แผ่นทำความเย็นไมโครช่องใช้ช่องการไหลขนาดเล็กเพื่อให้พื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อนขนาดใหญ่ภายในพื้นที่ขนาดเล็ก ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพการระบายความร้อนสูง
แผ่นเย็นครีบแบบ Skived ผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการ skived ซึ่งส่วนหนึ่งของวัสดุฐานโลหะจะถูกหั่นเป็นชิ้น ๆ และโค้งงอขึ้นด้านบนเพื่อสร้างครีบบางต่อเนื่อง เมื่อสารหล่อเย็นไหลผ่านช่องระหว่างครีบเหล่านี้ ความร้อนจะถูกถ่ายโอนจากส่วนประกอบที่สร้างความร้อนออกไป
สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ "การเล่นสกี" หมายถึงกระบวนการผลิต ในขณะที่ "ช่องไมโคร" อธิบายขนาดหรือลักษณะโครงสร้างของช่องการไหล ทั้งสองแนวคิดไม่ได้แยกจากกัน บทความนี้มุ่งเน้นไปที่การเปรียบเทียบข้อควรพิจารณาในการเลือกสำหรับการออกแบบไมโครช่องทั่วไปกับการออกแบบแผ่นเย็นแบบ skived-fin ทั่วไปในการใช้งานจริง

ในขณะที่ไมโครช่องสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายความร้อนโดยการเพิ่มพื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อนและปรับสถาปัตยกรรมเส้นทางการไหลให้เหมาะสม ความสามารถในการถ่ายเทความร้อนที่สูงขึ้นไม่ได้รับประกันระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยอัตโนมัติ
เมื่อสารหล่อเย็นไหลผ่านช่องเหล่านี้ จะเกิดการสูญเสียแรงดัน ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่า "แรงดันตก" ปัจจัยต่างๆ เช่น ขนาดช่อง ความยาว รูปทรง และอัตราการไหล ล้วนส่งผลต่อแรงดันตกคร่อมนี้ การออกแบบช่องไมโครบางประเภทต้องใช้ความแตกต่างของแรงดันที่สูงกว่าเพื่อให้ได้อัตราการไหลเป้าหมาย ซึ่งทำให้การเลือกปั๊มและการออกแบบระบบโดยรวมมีความซับซ้อน
นอกจากนี้ ช่องการไหลที่เล็กลงยังจำเป็นต้องควบคุมความสะอาดของน้ำหล่อเย็นที่เข้มงวดมากขึ้น การเข้าไปของอนุภาคหรือตะกอนสามารถนำไปสู่การอุดตัน ทำให้การไหลของน้ำหล่อเย็นลดลง และลดเสถียรภาพในการกระจายความร้อน
ดังนั้นเมื่อประเมินแผ่นทำความเย็น เราไม่ควรมุ่งเน้นไปที่ความสามารถในการกระจายความร้อนสูงสุดเพียงอย่างเดียว แต่ต้องคำนึงถึงปัจจัยต่อไปนี้ด้วย:
• ประสิทธิภาพการกระจายความร้อน: สามารถรักษาอุณหภูมิส่วนประกอบให้อยู่ในช่วงที่อนุญาตได้หรือไม่?
• แรงดันตกและการใช้พลังงานในการสูบ: ต้องใช้แรงดันและกำลังในการสูบเท่าใดเพื่อรักษาอัตราการไหลที่จำเป็น?
• ต้นทุนการผลิต: ความแม่นยำในการตัดเฉือน ประสิทธิภาพการผลิต และความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์เป็นไปตามข้อกำหนดของโครงการหรือไม่
• ความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน: มีการควบคุมด้านต่างๆ เช่น การจัดการสารหล่อเย็น ความเสี่ยงของการอุดตัน และการบำรุงรักษาระยะยาวอย่างมีประสิทธิภาพหรือไม่
โซลูชันที่ดีที่สุดคือโซลูชันที่บรรลุการประนีประนอมที่สมดุลระหว่างประสิทธิภาพ ต้นทุน และความน่าเชื่อถือ โดยทั้งหมดนี้เป็นไปตามข้อกำหนดการกระจายความร้อนหลัก
 

1. แผ่นเย็นแบบช่องไมโคร: เหมาะสำหรับความต้องการถ่ายเทความร้อนสูง
ช่องไมโครให้พื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อนขนาดใหญ่ภายในพื้นที่ขนาดกะทัดรัด ทำให้มีประโยชน์ในการระบายความร้อนชิปกำลังสูงและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อนสูง
อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพที่แท้จริงขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ขนาดของช่อง การกำหนดค่าทางเข้าและทางออก อัตราการไหลของน้ำหล่อเย็น และความต้านทานความร้อนโดยรวม ช่องที่เล็กกว่าไม่ได้รับประกันการระบายความร้อนที่ดีขึ้นเสมอไป เนื่องจากความต้านทานการไหล การกระจายการไหล และความแม่นยำในการผลิต ล้วนส่งผลต่อประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญ
เมื่อใช้โซลูชันช่องสัญญาณขนาดเล็ก จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องพิจารณางบประมาณในการลดแรงดัน ความสะอาดของสารหล่อเย็น และคุณภาพการผลิตอย่างรอบคอบ และเพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพโดยรวมผ่านการทดสอบ
2. Skived-Fin Cold Plates: ปรับสมดุลการออกแบบการถ่ายเทความร้อนด้วยความสามารถในการผลิต
แผ่นเย็นครีบ Skived ใช้ครีบต่อเนื่องเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อน ความหนา ระยะห่าง และความสูงของครีบ รวมถึงรูปแบบของช่องการไหล สามารถปรับแต่งให้เหมาะกับความต้องการใช้งานเฉพาะได้
สำหรับโครงสร้างผลิตภัณฑ์ที่เข้ากันได้กับกระบวนการ skiving เทคนิคการผลิตที่สมบูรณ์ช่วยให้มั่นใจในความสม่ำเสมอในการผลิต ในขณะเดียวกันก็ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุนและการออกแบบที่ปรับแต่งได้
อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของแผ่นทำความเย็นแบบครีบเรียบนั้นถูกจำกัดโดยการออกแบบโครงสร้าง ระยะห่างของครีบที่แคบมากเกินไปอาจเพิ่มความต้านทานการไหล และทำให้ทั้งกระบวนการผลิตและการทำความสะอาดมีความซับซ้อน ดังนั้น พารามิเตอร์ทางเรขาคณิตของครีบจะต้องสอดคล้องอย่างระมัดระวังกับอัตราการไหลเป้าหมาย โหลดความร้อน และความสามารถในการผลิต
ทั้งไมโครช่องและแผ่นเย็นแบบครีบสามารถระบายความร้อนด้วยของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับภาระความร้อนเฉพาะ การออกแบบโครงสร้าง และสภาวะของระบบ แทนที่จะถูกกำหนดโดยชื่อของเทคโนโลยีแต่เพียงผู้เดียว

เมื่อเลือกจานเย็น ให้พิจารณาสี่ด้านต่อไปนี้:
ขั้นแรก ให้กำหนดข้อกำหนดภาระความร้อนและอุณหภูมิ
คุณต้องพิจารณาการใช้พลังงานที่แท้จริงของส่วนประกอบ พื้นที่พื้นผิวการกระจายความร้อน การมีอยู่ของ "ฮอตสปอต" ที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่น และช่วงอุณหภูมิการทำงานที่อนุญาต สำหรับส่วนประกอบที่มีกำลังสูง เช่น GPU ไม่เพียงแต่ต้องคำนึงถึงการใช้พลังงานทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนในท้องถิ่นและความสม่ำเสมอของอุณหภูมิด้วย
ประการที่สอง ประเมินอัตราการไหลและข้อจำกัดแรงดันตกคร่อม
แผ่นทำความเย็นต้องทำงานร่วมกับส่วนประกอบของระบบทำความเย็นอื่นๆ เช่น ปั๊ม ท่อ ท่อร่วม และข้อต่อ ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ ให้ตรวจสอบอัตราการไหลและความแตกต่างของแรงดันที่ระบบสามารถให้ได้ เพื่อให้มั่นใจว่าความต้านทานการไหลของแผ่นทำความเย็นนั้นจะไม่ส่งผลเสียต่อการทำงานของวงจรการทำความเย็นทั้งหมด
ประการที่สาม เปรียบเทียบต้นทุนการผลิตและความสามารถในการผลิต
โครงสร้างที่แตกต่างกันทำให้เกิดข้อกำหนดที่แตกต่างกันในเรื่องความแม่นยำในการตัดเฉือน ความสามารถของอุปกรณ์ และการควบคุมคุณภาพ ต้นทุนการผลิตควรได้รับการประเมินแบบองค์รวม โดยคำนึงถึงขนาดของผลิตภัณฑ์ ปริมาณการผลิต วัสดุ กระบวนการผลิต และมาตรฐานการตรวจสอบ แทนที่จะตัดสินราคาตามความซับซ้อนของโครงสร้างเพียงอย่างเดียว
ประการที่สี่ ตรวจสอบความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานในระยะยาว
ประเมินปัจจัยต่างๆ เช่น ความเข้ากันได้ของสารหล่อเย็น ข้อกำหนดในการกรอง การควบคุมการปนเปื้อน ความต้านทานแรงดัน และความต้องการในการบำรุงรักษาตามการใช้งานเฉพาะ สำหรับอุปกรณ์กำลังสูง การออกแบบจะต้องได้รับการตรวจสอบผ่านการทดสอบประสิทธิภาพทางความร้อน การวิเคราะห์แรงดันตกคร่อม และการทดสอบความทนทานที่จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดในการปฏิบัติงานทั้งหมด
 

หากอุปกรณ์มีฟลักซ์ความร้อนเฉพาะจุดสูงและถูกจำกัดด้วยพื้นที่การติดตั้งที่จำกัด แนะนำให้ประเมินโครงสร้างการถ่ายเทความร้อนที่ได้รับการปรับปรุง เช่น ไมโครแชนเนล อย่างไรก็ตาม เราต้องตรวจสอบให้แน่ใจด้วยว่าแรงดันตก ความสามารถในการสูบน้ำ ความสะอาดของน้ำหล่อเย็น และต้นทุนการผลิตเป็นไปตามข้อกำหนดของโครงการ
หากแผ่นทำความเย็นแบบครีบเรียบเพียงพอที่จะเป็นไปตามขีดจำกัดอุณหภูมิของอุปกรณ์ ข้อกำหนดการไหลของระบบ และมาตรฐานความน่าเชื่อถือ โดยทั่วไปแล้ว ควรใช้การออกแบบครีบแบบครีบเพื่อรักษาต้นทุนโดยรวมและความซับซ้อนของระบบไว้ภายใต้การควบคุมจะดีกว่า ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้โซลูชันอื่นเพียงเพราะไมโครแชนเนลมีความสามารถในการถ่ายเทความร้อนตามทฤษฎีที่สูงกว่า
หากโครงสร้างครีบครีบที่มีอยู่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดการจัดการระบายความร้อน เราอาจเปรียบเทียบกับไมโครช่องสัญญาณหรือโซลูชันการถ่ายเทความร้อนที่ได้รับการปรับปรุงอื่นๆ โดยใช้การจำลองและการทดลองเพื่อกำหนดประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นจริง
ไม่มีเกณฑ์ฟลักซ์ความร้อนสากลที่ใช้กับอุปกรณ์ทั้งหมด ค่าฟลักซ์ความร้อนเดียวกันอาจทำให้การออกแบบแผ่นเย็นที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น พื้นที่ผิวที่สร้างความร้อน อุณหภูมิทางเข้าของน้ำหล่อเย็น อัตราการไหล และข้อจำกัดด้านอุณหภูมิเฉพาะ

แผ่นทำความเย็นไมโครช่องมีศักยภาพในการถ่ายเทความร้อนสูง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการความเย็นสูง อย่างไรก็ตาม ปัจจัยต่างๆ เช่น แรงดันตก การจัดการน้ำหล่อเย็น และข้อกำหนดเฉพาะด้านการผลิต จะต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ
แผ่นเย็นครีบ Skived ให้การกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพผ่านการออกแบบครีบที่ยืดหยุ่น ให้ความสมดุลของความเป็นไปได้ในการผลิต ต้นทุน และประสิทธิภาพของระบบสำหรับการใช้งานที่เหมาะสม
เมื่อเลือกเพลตเย็นสำหรับเซิร์ฟเวอร์ AI, GPU และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงอื่นๆ ไม่ควรมุ่งเน้นที่การเพิ่มความสามารถในการถ่ายเทความร้อนให้สูงสุดเท่านั้น ในทางกลับกัน เราจะต้องประเมินภาระความร้อน แรงดันตกที่ยอมรับได้ การใช้พลังงานในการสูบ ต้นทุนการผลิต และความน่าเชื่อถือในระยะยาวแบบองค์รวม
แผ่นทำความเย็นที่เหมาะสมไม่จำเป็นต้องเป็นแผ่นที่มีความสามารถในการถ่ายเทความร้อนสูงสุด แต่เป็นแผ่นที่สามารถตอบสนองความต้องการการทำความเย็นได้อย่างน่าเชื่อถือภายใต้สภาวะของระบบจริง ขณะเดียวกันก็บรรลุความสมดุลในอุดมคติระหว่างประสิทธิภาพโดยรวมและต้นทุน