來源：麥麥網液冷產業鏈
隨著人工智能模型規模的擴大和單芯片功耗攀升至千瓦級，散熱管理已成為維持性能的關鍵因素。領先的原始設備制造商 (OEM) 和超大規模數據中心運營商不再將散熱視為普通商品，而是將其視為一項戰略性的系統要素。值得注意的是，NVIDIA 的系統級發展方向和 DGX/HGX 產品路線圖都強調了其對先進液冷架構的偏好；業內人士指出，MLCP 微通道液冷板是下一代 GPU 的關鍵技術。 MLCP的技術定義 MLCP代表微通道液冷板。MLCP 的核心是將高度密集的微尺度冷卻液通道網絡直接置于冷板基板下方或內部。通道寬度可從幾十微米到幾百微米不等；通道密度通常可達每平方厘米數百至數千個，具體取決于設計。 核心特征 極高的通道密度：與宏觀通道相比，微通道顯著增加了潤濕表面積。 減小的熱邊界層：微通道內的水力邊界層很薄，增加了對流換熱系數。 短導熱路徑：熱量從結點→導熱界面材料→冷板壁→流體傳遞，中間體積最小，從而降低整體熱阻。 精密制造：需要采用微加工方法（微機械加工、增材制造、激光微銑削、擴散焊接）來制造均勻的通道和可靠的密封件。 重要性： MLCP 不僅僅是“更小的通道”。它利用微尺度流體物理學來增強單位面積的傳熱，并能夠冷卻那些傳統冷板無法承受的熱通量。 從“洪水式”到“滴灌式” MLCP 如何顛覆舊的冷卻模式 傳統的液冷板通常采用宏觀通道——毫米級通道、蛇形路徑或平行歧管。這些設計在一定程度上效果良好，但會留下死區、較大的熱梯度和有限的散熱密度。 MLCP 的工作原理類似于精密灌溉系統：冷卻劑被輸送到極靠近最熱微區的位置，從而實現近乎瞬時的熱量捕獲。MLCP 并非主要依賴底板的傳導，而是利用極小水力直徑內的對流換熱，這些區域的傳熱系數要高幾個數量級。 MLCP 與傳統冷板對比分析 簡而言之，MLCP 以增加制造復雜性和純度要求為代價，換取了顯著提高的熱性能——在極端熱通量密度下，這種權衡變得有利。 MLCP適合人工智能芯片的原因 處理極端熱通量 下一代人工智能加速器將巨大的功率集中到小型芯片上。MLCP的高局部對流系數能夠有效去除熱通量，否則這些熱通量會在傳統平板中引發熱失控。 改進的結溫控制 更低的熱阻直接轉化為更低的結溫和更小的芯片溫度梯度——這對于避免頻率限制和在長時間訓練運行期間保持確定性性能至關重要。 空間和重量效率 由于多層螺旋冷卻器（MLCP）單位面積散熱量更大，因此可以做得更薄或占用更小的體積。對于機架密集型人工智能集群而言，這意味著無需相應增加冷卻基礎設施即可實現更高的計算密度。 能源效率 雖然微通道會增加水力阻力，但 MLCP 更高的傳熱效率允許在許多設計中以更低的質量流量實現相同的冷卻負荷——如果整體集成，則有可能降低泵能耗并提高數據中心的整體 PUE。 真實案例與行業應用 以下幾個趨勢和具體例子說明了MLCP如何從研究實驗室發展成為商業系統： 英偉達和領先的OEM廠商 NVIDIA 近期發布的系統路線圖（DGX、HGX 等）以及合作伙伴披露的信息表明，其傾向于采用符合 MLCP 原則的高性能液冷方案。雖然 NVIDIA 并未在公開資料中明確提及“MLCP”，但其在 B 系列及后續平臺中描述的微通道和高熱流冷卻解決方案均符合 MLCP 的特性——高通道密度、低熱阻以及集成式冷板堆疊。 服務器供應商和液冷供應商 包括 HPE、戴爾和超微在內的主要服務器 OEM 廠商，以及博伊德、酷冷等專業液冷供應商，已經針對高端 GPU 節點開發或推出了微通道散熱方案。這些產品正在客戶的試點項目中以及部分需要最高密度的超大規模數據中心部署中亮相。 典型的MLCP應用場景 GPU/AI 訓練集群：優先級最高——因為過熱會直接降低投資回報率。 高性能計算節點：高密度計算機架，可處理持續的高流量。 電力電子器件：IGBT，具有局部熱點的寬帶隙器件。 邊緣計算和軍事/航空航天系統：在高負載下，容量和可靠性至關重要。 MLCP普及面臨的挑戰 制造復雜性和成本 生產數千個精度極高的相同微通道需要先進的制造工藝和高良率。相關技術包括精密蝕刻、微銑削、激光燒結或多級擴散焊接。這些工藝比傳統的數控銑削和釬焊成本更高。 流體純度和堵塞 微通道的水力直徑很小；顆粒污染物、腐蝕產物或微生物碎屑都可能堵塞通道。采用多層膜壓裂技術的系統需要嚴格的流體過濾、高純度流體、在線監測器和嚴格的調試規程。 可靠性和壽命驗證 多層陶瓷聚合物復合材料（MLCP）必須證明其能夠承受熱循環、振動和長期腐蝕，且通道不會變形或泄漏。與傳統板材相比，其加速壽命試驗和材料相容性研究更為嚴格。 系統設計與控制 較高的整體水力阻力可能需要配備精確變速控制和先進機架間流量平衡功能的泵。集成到現有常壓裝置和設施水處理廠需要進行精細的水力建模。 實際工程考量因素 材料選擇和粘合 常用的多層陶瓷聚合物（MLCP）材料包括銅和銅合金，以提高導熱性；在對耐腐蝕性要求極高的場合，可使用不銹鋼或特種合金。連接方式（真空釬焊、擴散焊接）必須形成密封，且不能引入熱阻隔層。 導熱界面材料（TIMs） 由于多層陶瓷相控陣（MLCP）的有效性取決于最大限度降低熱接觸電阻，因此導熱界面材料（TIM）的選擇和夾緊策略直接影響其性能。可選材料包括軟金屬TIM、高性能粘合劑或專為服務器冷板組件夾緊壓力下低熱阻而設計的薄型相變材料。 過濾和流體管理 顆粒過濾器、沉淀物捕集器、離子交換或電導率監測器以及定期流體調節是多層循環液相色譜（MLCP）最佳實踐的一部分。許多MLCP裝置采用閉環系統，配備三級過濾和易于維護的檢修點。 經濟考量因素 MLCP較高的資本支出在以下情況下最容易得到證明： 芯片功率密度超過了宏通道冷板在不進行降頻的情況下所能承受的范圍。 空間寸土寸金，MLCP 能夠在相同的空間內實現更高的計算能力。 能源成本高昂，降低 PUE 可帶來豐厚的回報。 客戶工作量每小時價值很高（縮短培訓時間具有直接的經濟價值）。 對于許多超大規模數據中心和人工智能實驗室而言，保證峰值性能和更高機架密度的綜合優勢超過了更高的板卡成本。 部署與集成檢查清單 驗證散熱要求：繪制芯片熱通量圖并確保 MLCP 設計裕量。 規定流體純度和過濾標準（微米等級、殘留閾值）。 選擇可靠的粘合/制造方法并驗證泄漏測試規程。 設計 CDU/泵系統時，需考慮較高的壓降和流量平衡。 維護計劃：在線傳感器、更換程序和備件庫存。 在部署前進行分階段試點，以評估其可制造性和可靠性。 MLCP 的常見問題答疑 Q1：MLCP微通道容易堵塞嗎？ 答：微通道對顆粒物和腐蝕產物非常敏感。最佳實踐：使用高純度冷卻液、多級過濾（亞微米級）并定期監測壓降。正確的調試和在線監測能有效降低堵塞風險。 Q2：MLCP 能否取代所有傳統冷板？ 答：目前還不會立即采用。MLCP 是一種針對高熱通量應用而設計的解決方案。傳統的冷板對于主流服務器和低功率密度應用來說仍然更具成本效益。隨著時間的推移，隨著生產規模的擴大和成本的降低，MLCP 的應用范圍將會擴大。 Q3：目前哪些供應商支持 MLCP 技術？ 答：目前，包括專業液冷供應商和OEM服務器廠商在內的多家廠商都在提供微通道散熱方案。行業領先企業包括專業供應商和系統集成商。Tone Cooling憑借其先進的鍵合和制造能力，能夠為MLCP設計和規模化生產提供支持。 Q4：如何判斷我的項目是否需要 MLCP？ 答：如果您的芯片持續熱通量或單芯片功率超過了您當前冷板在不使用過多冷卻劑流量或不可接受的結溫的情況下能夠去除的熱量（實際閾值通常在幾百瓦/平方厘米），則有必要進行 MLCP 評估。 MLCP微通道液冷板代表了熱工程領域的一項突破：通過將冷卻劑置于極近熱源的位置，并利用微流體傳熱物理特性，MLCP能夠處理傳統系統難以應對的熱通量。對于人工智能加速器和超高密度高性能計算節點而言，MLCP可以實現持續的峰值性能、更高的機架密度和更佳的能源效率。 然而，MLCP 能否普及取決于能否解決制造良率、成本、流體純度和長期可靠性等問題。短期內，MLCP 將與傳統冷板并存：MLCP 將成為散熱要求極高的應用場景的首選，而主流冷板則繼續服務于更廣泛的服務器市場。
標簽： 芯片元器件 點擊： 評論: