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大功率芯片散热用泵驱两相冷板液冷技术开发

随着芯片、数据中心服务器功率的逐步提升,液冷散热技术凭借其低能耗、高散热、低噪声等优势,将成为兼具性价比和高效的温控手段。本项目采用两相冷却工质的均匀分配技术、微小通道两相冷板散热技术、泵驱两相冷却系统与制冷系统的耦合与控制技术,可有效降低大型算力中心平均能源总占用率(PUE)指标(预计北京地区全年平均PUE小于1.15),达到国内先进水平;使单服务器机柜功率密度最高可达40kW以上,大幅节约机房土建成本。
成果优势
大功率芯片散热用泵驱两相冷板液冷技术开发
泵驱两相背板级散热方案
  • 数据机柜入风温度为机房环境温度27C°(此数值可通过散热系统设定)
  • 通过服务器内部后吸收热量,空气温度升高,排出服务器后温度达到32C°以上
  • 高温空气经过背板换热总成(一般在机柜的后门)内部换热器,换热器内部流动的液态制冷剂吸收热空气热量,发生气液相变,热空气温度重新降低到27C°,最后排出机柜
  • 因此机房环境温度可以始终维持在27C°。气液两相状态的制冷剂流出背板换热总成,并汇合后进入CDU,在CDU内部液态制冷剂被制冷剂泵抽走,进入下一次循环
优势
  • 系统采用气液分离技术,使得系统流动阻力减小,管路饱和温降减小,显著提高自然冷源利用时间
  • 散热系统为全氟循环系统,无水进机房
  • 近热源端采用微通道平行流换热器,换热能力强,冷却工质运行温度高,冷凝水少
  • 散热末端颗粒度小,可以分批增加室外散热设备,逐步提高散热量,节约初投资
  • 散热末端制冷机具备高能效比,有效降低系统能耗
大功率芯片散热用泵驱两相冷板液冷技术开发
泵驱两相芯片级液冷散热方案
  • 液态制冷剂在工质泵的作用下进入每个机柜manifold,经由manifold分配到每个服务器
  • 液体制冷剂进入贴合在芯片上方的微通道冷板
  • 在冷板内部发生气液相变吸热芯片热量,并以两相状态流出冷板
  • 两相状态的制冷剂流汇合进入manifold,并流出机柜,并汇合后进入CDU,在CDU内部的换热装置里释放热量恢复液相状态,液态制冷剂被制冷剂泵抽走,进入下一次循环
优势
  • 芯片冷板采用特殊设计的微通道结构,使用强制对流沸腾换热(相变换热),冷板换热能力强,可解决1000W整板发热量
  • 相变换热利用工质潜热换热,通过冷板流量大幅减少,约为同等换热量单相冷板流量的1/5
  • 相变换热均温能力强,多热源散热工况下热源温差可控制在±1.5℃以内
  • 冷却工质运行温度高,管路及冷板无冷凝水风险
  • 冷却工质为氟利昂系列绝缘液体,不导电,常温气化挥发,对电子设备无危害
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