ด้วยความหนาแน่นของพลังงานในแร็คเดี่ยวที่เกิน 30kW และฟลักซ์ความร้อนของชิปสูงถึง 1500W/cm² ในศูนย์ข้อมูล AI การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิม (ขีดจำกัดฟลักซ์ความร้อนสูงสุด ~100W/cm²) ไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการกระจายความร้อนได้อีกต่อไป
แผ่นเย็นแบบ Microchannel ขยายพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนได้ 10 เท่า และให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนสูงกว่าแผ่นเย็นของเหลวทั่วไปถึง 3 เท่า ช่วยลดอุณหภูมิของ GPU ที่เพิ่มขึ้น 65% เทคโนโลยีนี้สามารถลด PUE ของศูนย์ข้อมูลให้ต่ำกว่า 1.1 โดยมีความต้านทานความร้อนต่ำเป็นพิเศษถึง 0.009°C/W ซึ่งรองรับ GPU กำลังสูง 1400W อย่างเสถียร มันได้กลายเป็นโซลูชั่นระบายความร้อนที่จำเป็นสำหรับฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ที่มีความหนาแน่นสูง
บทความนี้จัดหมวดหมู่และเปรียบเทียบแผ่นเย็นไมโครช่องสัญญาณกระแสหลักที่ใช้งานในศูนย์ข้อมูลอย่างเป็นระบบจากสี่มิติ: โครงสร้างช่องสัญญาณ รูปร่างหน้าตัด ระดับการรวม และกระบวนการผลิต นอกจากนี้เรายังมีคู่มือการเลือกใช้งานโดยย่อสำหรับการใช้งานด้านวิศวกรรมอีกด้วย
| พิมพ์ | ลักษณะที่ปรากฏและคุณสมบัติการมองเห็น | โครงสร้างหลัก | กระบวนการผลิต | สถานการณ์การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|---|
| ไมโครช่องตรงแบบขนาน | ผิวทองแดง/อะลูมิเนียมเมทัลลิก มีร่องตรงสม่ำเสมอสม่ำเสมอ | ช่องสี่เหลี่ยมตรงแบบเดี่ยว/หลายแถว | การกัดที่แม่นยำ การร่อน การอัดขึ้นรูป | CPU มาตรฐาน, GPU พลังงานต่ำปานกลาง, เซิร์ฟเวอร์ระบายความร้อนด้วยของเหลวทั่วไป, แผ่นเย็นแบบแร็ค |
| Serpentine / Microchannel รูปตัว S | ผิวโลหะแข็ง ช่องรูปตัว S/ห่วงโค้งงออย่างต่อเนื่อง | รูปแบบโค้งงอแบบลูกสูบเดี่ยว/หลายช่องเพื่อขยายเส้นทางการไหลของของไหล | งานกัด งานบัดกรี งานปั๊มแผ่น | GPU พลังสูง, การ์ดอนุมาน AI, แร็คประมวลผลสูงแบบโหนดเดียว |
| ต้นไม้ / แฟร็กทัลไมโครช่อง | พื้นผิวสาขาที่ชัดเจน มี Y/H ผันหลายขั้นตอนเลียนแบบหลอดเลือด | การแยกไปสองทางของท่อร่วม Y/H หลายระดับเพื่อการกระจายการไหลเต็มพื้นที่ | การกัดที่แม่นยำ, การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ, การเชื่อมแบบแพร่กระจาย | ซูเปอร์คอมพิวเตอร์, ชิปแบบเรียงซ้อน 2.5D/3D, คลัสเตอร์การฝึกอบรม AI ระดับไฮเอนด์ |
| อาร์เรย์ไมโครพินฟิน | ส่วนที่ยื่นออกมาทรงกระบอก/ทรงรี/เพชรหนาแน่นทั่วทั้งพื้นผิวพร้อมพื้นผิวเว้า-นูนที่แข็งแกร่ง | พื้นผิวฐานปกคลุมด้วยครีบพินหนาแน่น ของเหลวไหลรอบเสา | การกัด การพิมพ์หินด้วยแสง การพิมพ์ 3 มิติ การขึ้นรูปด้วยไฟฟ้า | ชิปฟลักซ์ความร้อนสูงพิเศษ (>400W/cm²), หน่วยความจำ HBM, ตัวเร่งการประมวลผลประสิทธิภาพสูง |
| ไมโครช่องลอน/ลอนลอน | ผนังด้านข้างแบบคลื่นต่อเนื่อง/ซิกแซก แทนที่จะเป็นผนังเรียบตรง | ช่องตรงที่ปรับเปลี่ยนด้วยผนังด้านในแบบคลื่น/ฟันเพื่อเพิ่มความปั่นป่วน | การขึ้นรูป การกัด การอัดขึ้นรูป การขึ้นรูป | ชิปกำลังสูงปานกลาง แผ่นเย็นขนาดกะทัดรัด อุปกรณ์ประมวลผล Edge |
| T-type / Cross Split Microchannel | พื้นผิวแบบอินเทอร์เลซแบบกริดที่มีการแยกและการรวมการไหลบ่อยครั้ง | การแยกไปสองทางเป็นระยะและการบรรจบกันของช่องทางหลักเพื่อรบกวนของไหลซ้ำ ๆ | การกัด การประสานแผ่นหลายชั้น | โมดูลบรรจุความหนาแน่นสูง แผ่นเย็นแบบรวมหลายชิป |
| ประเภทภาพตัดขวาง | รูปลักษณ์ภายนอก | ลักษณะโครงสร้าง | ประสิทธิภาพและการบังคับใช้ |
|---|---|---|---|
| สี่เหลี่ยม | รอยบากทรงสี่เหลี่ยมพร้อมขอบคม การออกแบบที่กระแสหลักอุตสาหกรรม | อัตราส่วนภาพที่ปรับได้ ความเข้ากันได้ในการผลิตสูงสุด | ประสิทธิภาพโดยรวมที่สมดุล เป็นสากลสำหรับแผ่นทำความเย็นเชิงพาณิชย์เกือบทั้งหมด |
| สี่เหลี่ยมคางหมู | ด้านบนกว้าง ด้านล่างแคบ ผนังด้านข้างเอียง | การยึดเกาะของของไหลดีขึ้น แรงดันตกคร่อมต่ำกว่าช่องสี่เหลี่ยมขนาดเท่ากันเล็กน้อย | แผ่นเย็นเซิร์ฟเวอร์มาตรฐานที่ให้ความสำคัญกับความต้านทานการไหลต่ำ |
| วงกลม / วงรี | ผนังด้านในโค้งมนเรียบไม่มีมุมแหลมคม | ความต้านทานการไหลขั้นต่ำ ไม่มีโซนกระแสน้ำวนตาย | อัตราการไหลขนาดใหญ่ แรงดันตกคร่อมต่ำรวมแผ่นเย็นเข้ากับท่อ |
| หกเหลี่ยม | เลย์เอาต์ปกติที่มีความหนาแน่นของรังผึ้ง | การใช้พื้นที่สูงสุด ความแข็งแกร่งของโครงสร้างที่แข็งแกร่ง | โมดูลขนาดกะทัดรัด ไมโครช่องแบบฝัง |
| โปรไฟล์เสริมพิเศษ | ผนังด้านในมีจุดนูน ร่อง หรือส่วนโค้งเพรียว | การปรับปรุงความปั่นป่วนแบบแอคทีฟเพื่อการถ่ายเทความร้อนที่ได้รับการอัพเกรด | แผ่นเย็นแบบกำหนดเองสำหรับฮาร์ดแวร์กำลังสูงโดยเฉพาะ |
| ระดับการบูรณาการ | ฟอร์มแฟกเตอร์ | วิธีการผลิต | เกรดต้านทานความร้อน | ข้อดีหลัก | การวางตำแหน่งแอปพลิเคชัน |
|---|---|---|---|---|---|
| แผ่นเย็นไมโครช่องภายนอกอิสระ | แยกแผ่นโลหะพร้อมพอร์ตเข้า/ออก ฮาร์ดแวร์มาตรฐานที่ถอดออกได้ | เครื่องจักรกลซีเอ็นซีทองแดง/อลูมิเนียม, การประสาน | ปานกลาง | การออกแบบแบบโมดูลาร์ การบำรุงรักษาและการเปลี่ยนง่าย เทคโนโลยีต้นทุนต่ำที่สมบูรณ์ | การปรับปรุงศูนย์ข้อมูลที่มีอยู่ เซิร์ฟเวอร์ระบายความร้อนด้วยของเหลวทั่วไป |
| ฝาปิดช่องไมโคร (MLCP / ระดับแพ็คเกจ) | ช่องการไหลแบบรวมที่สร้างไว้ในชิป IHS ซึ่งมีโครงร่างเดียวกันกับฝาปิดความร้อนมาตรฐานดั้งเดิม | การตัดเฉือนคอมโพสิตที่มีความแม่นยำ การเชื่อมแบบแพร่กระจาย | ต่ำ | ขจัดวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนหนึ่งชั้น ทำให้เส้นทางการถ่ายเทความร้อนสั้นลง | บรรจุภัณฑ์ระบายความร้อนด้วยของเหลวจากโรงงาน GPU/CPU รุ่นใหม่ การ์ดประมวลผลระดับไฮเอนด์ |
| ไมโครช่องแบบฝังชิป | ร่องขนาดเล็กที่ฝังอยู่ภายในแผ่นเวเฟอร์/สารตั้งต้นของซิลิคอน ช่องเล็กๆ ที่มองไม่เห็น ลักษณะโดยรวมเป็นชิปเปลือย | การพิมพ์หินด้วยแสงเซมิคอนดักเตอร์ การกัดซิลิคอนแบบลึก | ต่ำมาก | เส้นทางการถ่ายเทความร้อนที่สั้นที่สุด การสัมผัสโดยตรงกับแหล่งความร้อน ประสิทธิภาพการระบายความร้อนขั้นสูงสุด | IC 3D ที่ล้ำสมัย, ชิปซูเปอร์คอมพิวเตอร์, ชิปประมวลผลยุคถัดไป (การทดลองในห้องปฏิบัติการและชุดย่อย) |
| เทคโนโลยีการผลิต | วัสดุและสีพื้นผิว | พื้นผิว | โครงสร้างช่องสัญญาณที่เข้ากันได้ | ต้นทุนและกำลังการผลิตจำนวนมาก |
|---|---|---|---|---|
| การกัดที่แม่นยำ / การ Skiving | ทองแดงบริสุทธิ์ (โทนทองแดงสีแดง), อลูมิเนียม (โลหะสีเงิน) | พื้นผิวเรียบ ผนังช่องตรง ผิวสำเร็จมาตรฐานอุตสาหกรรม | ช่องตรง คดเคี้ยว หน้าตัดสี่เหลี่ยมคางหมู/สี่เหลี่ยม | ต้นทุนต่ำ ให้ผลผลิตจำนวนมาก กระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุด |
| การประสาน / การแพร่พันธะ | ทองแดง/อะลูมิเนียมซ้อนกันหลายชั้น โทนทองแดงสีเทาเงิน/แดง ข้อต่อไร้รอยต่อ | พื้นผิวแผ่นเรียบพร้อมตะเข็บประกบที่มองไม่เห็น | ช่องคอมโพสิตหลายชั้น แผ่นเย็นขนาดใหญ่ | ต้นทุนปานกลาง เหมาะสำหรับโมดูลรวมในพื้นที่ขนาดใหญ่ |
| การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ | ทองแดง/สแตนเลส ผิวเมทัลลิกด้าน พื้นผิวการพิมพ์เป็นชั้นบางๆ | เส้นชั้นการพิมพ์ที่มองเห็นได้ การขึ้นรูปชิ้นเดียวสำหรับรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน | ช่องแฟร็กทัล อาร์เรย์พินฟิน เส้นทางการไหลที่บิดเบี้ยวไม่ปกติ | ต้นทุนสูง จำกัดเฉพาะผลิตภัณฑ์สั่งทำพิเศษจำนวนน้อย |
| การพิมพ์หินด้วยแสงซิลิคอน / การแกะสลัก | พื้นผิวซิลิกอน ผิวกระจกสีเงิน | ร่องที่แม่นยำระดับไมครอนเรียบเป็นพิเศษ | ไมโครแชนเนลฝังชิป | กระบวนการเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ สำหรับการใช้งานระดับไฮเอนด์เท่านั้น |
- ห้องคอมพิวเตอร์มาตรฐาน ให้ความสำคัญกับต้นทุน: ช่องตรงขนาน + หน้าตัดสี่เหลี่ยม + กระบวนการกัดที่แม่นยำ
- เซิร์ฟเวอร์ AI กำลังสูง ลำดับความสำคัญของอุณหภูมิที่สม่ำเสมอ: ไมโครช่องสัญญาณคดเคี้ยว / หยัก
- สถานการณ์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ฟลักซ์ความร้อนสูงพิเศษ: อาร์เรย์พินฟิน / ไมโครแชนเนลแฟร็กทัลแบบทรี
- โครงการใหม่การวางแผนบรรจุภัณฑ์ชิปเจเนอเรชั่นใหม่: ฝาปิดไมโครช่องแบบรวม MLCP
-
ไมโครช่องตรงแบบขนาน (พบมากที่สุด)
ลักษณะที่ปรากฏ: พื้นผิวโลหะทองแดง/อลูมิเนียม มีร่องตรงสม่ำเสมอสม่ำเสมอ
ข้อดี: การผลิตที่เรียบง่าย แรงดันตกคร่อมต่ำ การกระจายของเหลวสม่ำเสมอ
แอพพลิเคชัน: CPU มาตรฐาน, GPU ปกติ, เซิร์ฟเวอร์ระบายความร้อนด้วยของเหลวทั่วไป
-
Serpentine / Microchannel รูปตัว S
ลักษณะที่ปรากฏ: ร่องเชื่อมต่อรูปตัว S/ห่วงโค้งงออย่างต่อเนื่อง
ข้อดี: พื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนที่ใหญ่ขึ้น อุณหภูมิของชิปสม่ำเสมอ ข้อเสีย: แรงดันตกคร่อมที่สูงขึ้น
แอปพลิเคชัน: GPU พลังสูง การ์ดเร่งการอนุมาน AI
-
Tree / Fractal Microchannel (การออกแบบหลอดเลือดไบโอนิค)
ลักษณะที่ปรากฏ: พื้นผิวแบบลำดับชั้นแบบแยกย่อย Y/H แบบหลายขั้นตอน
ข้อดี: การกระจายการไหลสม่ำเสมอเป็นพิเศษ มีจุดร้อนน้อย อุณหภูมิต่างกันน้อยที่สุด ข้อเสีย: การผลิตที่ซับซ้อน
การประยุกต์ใช้งาน: ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ชิปรวมแบบเรียงซ้อน 2.5D/3D
-
อาร์เรย์ไมโครพินฟิน (โครงสร้างที่มีรูพรุน)
ลักษณะที่ปรากฏ: เสาทรงกระบอก/เพชรนูนหนาแน่นพร้อมพื้นผิวเว้านูนที่แข็งแกร่ง
ข้อดี: พื้นที่ผิวจำเพาะสูงสุดและการแลกเปลี่ยนความร้อนที่แรงที่สุด ข้อเสีย: มีแนวโน้มที่จะอุดตัน, แรงดันตกคร่อมสูง
การใช้งาน: ชิปฟลักซ์ความร้อนสูงพิเศษ (>400W/cm²), หน่วยความจำ HBM, ตัวเร่ง AI ประสิทธิภาพสูง
-
ไมโครช่องลอน/ลอนลอน
ลักษณะที่ปรากฏ: คลื่น / ซิกแซกผนังช่องที่ผิดปกติ
ข้อดี: เพิ่มความปั่นป่วนของของไหล การถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้น 20~40%; ข้อเสีย: แรงดันตกคร่อมสูง
การใช้งาน: ชิปกำลังสูงปานกลาง แผ่นเย็นขนาดเล็กกะทัดรัด
-
T-type / Cross Split Microchannel
ลักษณะที่ปรากฏ: รูปแบบตารางเซที่มีการแยกและผสานการไหลซ้ำหลายครั้ง
ข้อดี: ทำลายชั้นขอบเขตความร้อนซ้ำแล้วซ้ำเล่าเพื่อให้มีความต้านทานความร้อนต่ำ ข้อเสีย: ความต้านทานการไหลในท้องถิ่นไม่สม่ำเสมอ
การใช้งาน: บรรจุภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นสูง แผ่นเย็นแบบรวมหลายชิป
- สี่เหลี่ยม: รอยบากแหลมแบบสี่เหลี่ยม ออกแบบให้เป็นสากล
- สี่เหลี่ยมคางหมู: ผนังด้านข้างกว้างด้านบนแคบด้านล่างเอียง แผ่นเย็นมาตรฐานมาตรฐานลดแรงดันต่ำ
- กลม / วงรี: ผนังด้านในโค้งมนเรียบ ความต้านทานต่ำสำหรับระบบอัตราการไหลขนาดใหญ่
- หกเหลี่ยม: การจัดเรียงหนาแน่นของรังผึ้ง โมดูลฝังตัวขนาดกะทัดรัด
- โปรไฟล์เสริมพิเศษ: ร่องนูนด้านในและพื้นผิวโค้งที่เพรียวบาง การระบายความร้อนกำลังสูงที่ปรับแต่งได้
-
แผ่นเย็นไมโครช่องภายนอกอิสระ
รูปแบบ: แผ่นโลหะแบบสแตนด์อโลนพร้อมพอร์ตทางเข้า/ออก ฮาร์ดแวร์โมดูลาร์ที่ถอดออกได้
ข้อดี: บำรุงรักษาง่าย เทคโนโลยีต้นทุนต่ำที่ครบวงจร
แอปพลิเคชัน: การปรับปรุงศูนย์ข้อมูลแบบเดิม เซิร์ฟเวอร์ระบายความร้อนด้วยของเหลวทั่วไป
-
ฝาปิดช่องไมโครระดับแพ็คเกจ MLCP
รูปแบบ: ช่องการไหลในตัวภายในตัวกระจายความร้อนของชิป มีโครงร่างเหมือนกันกับ IHS มาตรฐาน
ข้อดี: เอาชั้นเชื่อมต่อในการระบายความร้อนออกหนึ่งชั้น ความต้านทานความร้อนลดลง มีบรรจุภัณฑ์แบบรวมจากโรงงาน
แอพพลิเคชัน: GPU/CPU กำลังสูงรุ่นใหม่ (เช่น ซีรีส์ NVIDIA Rubin)
-
ไมโครช่องแบบฝังชิป
รูปแบบ: ร่องสลักขนาดไมครอนภายในแผ่นเวเฟอร์/สารตั้งต้นซิลิคอน ซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า
ข้อดี: มีเส้นทางการถ่ายเทความร้อนที่สั้นที่สุด สัมผัสโดยตรงกับแหล่งความร้อน ข้อเสีย: การผลิตที่ซับซ้อนมาก
การใช้งาน: IC 3D ที่ล้ำสมัย, ชิปซูเปอร์คอมพิวเตอร์, ฮาร์ดแวร์ประมวลผลที่มีความหนาแน่นสูงในอนาคต
- การกัดที่แม่นยำ / การขูดหิน: ทองแดงบริสุทธิ์ (โทนสีแดง) / อลูมิเนียม (สีเงิน) ผนังช่องตรงเรียบแบน
- การประสานและการแพร่กระจาย: ทองแดง/อลูมิเนียมคอมโพสิตหลายชั้น พื้นผิวแผ่นเรียบไร้รอยต่อ
- การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ: ผิวเคลือบด้านทองแดง/สแตนเลส พื้นผิวการพิมพ์เป็นชั้นที่มองเห็นได้ การขึ้นรูปช่องที่ซับซ้อนชิ้นเดียว
- การแกะสลักหินด้วยแสงซิลิคอน: พื้นผิวซิลิคอนกระจกสีเงิน, ร่องภายในที่มีความแม่นยำระดับไมครอนที่ละเอียดเป็นพิเศษ
