Piastrina di raffreddamento per CPU: soluzioni di raffreddamento liquido diretto [2024]

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Raffreddamento liquido affidabile con rimozione diretta del calore dalla CPU

Raffreddamento liquido affidabile con rimozione diretta del calore dalla CPU

Una piastra di raffreddamento per CPU fornisce un’interfaccia termica diretta tra il processore e un circuito di raffreddamento a liquido, consentendo il trasferimento efficiente del calore lontano dalla CPU. Il fluido refrigerante scorre attraverso canali interni della piastra e trasporta l’energia termica verso un collettore, uno scambiatore di calore o un’unità di distribuzione del raffreddamento. Il design può essere adattato alle dimensioni della CPU, ai pattern di fissaggio, ai carichi termici, ai requisiti del fluido refrigerante e allo spazio disponibile per l’installazione. Tra i fattori critici rientrano la scelta dei materiali, la geometria dei canali, la planarità della superficie, la tenuta stagna, la portata del fluido e la caduta di pressione. Le piastre di raffreddamento per CPU sono adatte per server, data center, workstation, piattaforme HPC e altre applicazioni di calcolo ad alte prestazioni. Possono inoltre essere integrate in sistemi rack-level di raffreddamento diretto a liquido per una gestione termica scalabile.
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Studio di caso

Raffreddamento CPU per server

Una piattaforma server richiedeva un metodo più diretto per rimuovere il calore dalle CPU ad alte prestazioni operanti sotto carichi di lavoro prolungati. Una piastra refrigerante per il raffreddamento della CPU è stata installata direttamente sopra il processore e collegata a un circuito di circolazione del liquido. La configurazione comprendeva tubi di alimentazione e di ritorno, un collettore e attrezzature per lo smaltimento del calore, al fine di garantire un flusso continuo del refrigerante. Durante la fase di progettazione del sistema, il team di ingegneria ha preso in considerazione il carico termico del processore, i requisiti di fissaggio, la compatibilità del refrigerante e lo spazio disponibile intorno al socket della CPU. L’architettura di raffreddamento diretto ha fornito un percorso dedicato di trasferimento del calore dal processore al circuito liquido. Questo approccio può essere applicato ad ambienti server ad alta densità, dove il raffreddamento convenzionale ad aria incontra crescenti esigenze termiche.

Raffreddamento processori HPC

Una piattaforma HPC stava venendo configurata con CPU ad alte prestazioni progettate per carichi di lavoro computazionali in grado di generare un notevole output termico. Le piastrine di raffreddamento per CPU erano integrate nel circuito di raffreddamento a liquido del server per catturare direttamente il calore dall’area del processore. Il design teneva conto del flusso del refrigerante, della caduta di pressione, della superficie di contatto e della struttura di fissaggio, al fine di garantire la compatibilità con l’hardware di calcolo. Più rami di raffreddamento per CPU potevano essere collegati tramite un collettore comune, consentendo al sistema di gestire diversi processori all’interno di un rack. Questa configurazione offriva un approccio strutturato al raffreddamento dei processori, permettendo contemporaneamente al data center di coordinare il raffreddamento a liquido con pompe, scambiatori di calore e infrastruttura termica esistente.

Aggiornamento CPU per data center

Un centro dati stava aggiornando alcuni rack di server con CPU ad alte prestazioni, mantenendo nel contempo il raffreddamento ad aria convenzionale per le apparecchiature a bassa densità. Sono stati introdotti piatti refrigeranti (cold plates) per CPU per fornire un raffreddamento liquido diretto ai processori aggiornati. I piatti erano collegati tramite collettori a livello di rack e tubi per il fluido refrigerante, con interfacce di scollegamento rapido valutate per facilitare gli interventi di manutenzione. Prima dell’implementazione, il progetto ha analizzato i requisiti termici dei processori, le condizioni del fluido refrigerante, la densità dei rack e la capacità di smaltimento del calore. Questa strategia ibrida ha permesso di concentrare il raffreddamento liquido sui server con maggiori esigenze termiche, evitando una riprogettazione completa dell’intero impianto. Ha inoltre fornito una base scalabile per futuri aggiornamenti dei processori e per l’integrazione di ulteriori nodi di calcolo raffreddati a liquido.

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Una piastra di raffreddamento per applicazioni CPU è un componente di raffreddamento a liquido progettato per trasferire direttamente il calore da un processore a un fluido refrigerante in circolazione. Canali interni guidano il fluido attraverso l’area di scambio termico, mentre la struttura esterna di fissaggio mantiene il contatto con la CPU tramite un opportuno interfaccia termica. A seconda dell’applicazione, la piastra di raffreddamento può essere configurata in base alle dimensioni del package CPU, alla disposizione del socket, al carico termico, ai requisiti di portata, ai limiti di pressione e allo spazio disponibile per l’installazione. Rame, alluminio o altri materiali idonei possono essere scelti in funzione dei requisiti di compatibilità termica e fluidodinamica. Le piastre di raffreddamento per CPU possono essere utilizzate in server, data center, sistemi HPC, workstation e altre piattaforme di calcolo ad alte prestazioni. Possono inoltre essere combinate con collettori, pompe, tubi flessibili, connessioni rapide e scambiatori di calore per realizzare una soluzione completa di raffreddamento diretto a liquido.

Domande frequenti

Che cos’è un piatto refrigerante (cold plate) per il raffreddamento della CPU?

Una piastra di raffreddamento per CPU è un componente di raffreddamento a liquido montato direttamente sopra un processore per trasferire il calore verso un refrigerante in circolazione. Canali interni consentono al refrigerante di assorbire l’energia termica dalla zona della CPU e di trasportarla lungo il circuito di raffreddamento verso uno scambiatore di calore, un’unità di distribuzione del raffreddamento o altre apparecchiature per lo smaltimento del calore.
Le CPU ad alte prestazioni possono generare notevoli quantità di calore durante carichi di lavoro continui. Una piastra di raffreddamento posiziona l’interfaccia di raffreddamento direttamente sul processore, creando un percorso dedicato per il trasferimento di calore tramite liquido. Ciò risulta utile per server ad alta densità, sistemi HPC, data center e altre applicazioni in cui il raffreddamento ad aria tradizionale potrebbe incontrare crescenti limitazioni termiche.
Il rame e l’alluminio sono opzioni comuni di materiale, anche se la scelta appropriata dipende dalla conducibilità termica, dal peso, dai requisiti di produzione, dalle considerazioni sulla corrosione e dalla compatibilità con il liquido refrigerante. Il materiale della piastra fredda deve essere valutato insieme a tubazioni, raccordi, liquido refrigerante e altri componenti per contribuire a garantire un’elevata affidabilità nel tempo su tutto il circuito di raffreddamento a liquido.
La piastra fredda si collega tipicamente alle linee di alimentazione e di ritorno del liquido refrigerante mediante tubi flessibili, raccordi o giunti rapidi. Un collettore può distribuire il liquido refrigerante a più piastre fredde CPU, mentre le pompe ne garantiscono la circolazione. Il liquido refrigerante riscaldato procede quindi verso l’equipaggiamento di dissipazione del calore prima di rientrare nel circuito di raffreddamento.
La selezione deve considerare le dimensioni del pacchetto della CPU, il socket e i requisiti di fissaggio, il carico termico, il tipo di refrigerante, la portata, la caduta di pressione, la temperatura di esercizio e lo spazio disponibile. È inoltre necessario valutare la qualità del contatto e la tenuta stagna. Per i sistemi multi-processore, la piastra fredda deve essere compatibile con il collettore e con l’architettura complessiva di raffreddamento a liquido.

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Testimonianze dei clienti

Andrew Miller

Le piastre fredde per CPU si sono integrate senza problemi nel nostro circuito di raffreddamento a liquido per server. Il design compatto ci ha aiutato a organizzare il percorso del refrigerante, fornendo al tempo stesso una soluzione di raffreddamento diretta per processori ad alto carico.

Thomas Carter

Abbiamo installato piastre fredde per CPU su diversi nodi HPC e le abbiamo collegate tramite un collettore condiviso. La configurazione modulare ha semplificato l’espansione del sistema e la manutenzione per il nostro team di ingegneria.

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Gestione termica diretta della CPU

Gestione termica diretta della CPU

Una piastra refrigerante per il raffreddamento della CPU trasferisce direttamente il calore dal processore a un circuito liquido, creando un percorso termico breve e controllato. Il fluido refrigerante scorre attraverso canali interni posizionati sotto la superficie principale di scambio termico, portando via l’energia termica assorbita dalla CPU. Le prestazioni dipendono da fattori quali la qualità dell’interfaccia termica, la struttura dei canali, la portata del fluido refrigerante, il carico sul processore e le proprietà dei materiali. La piastra refrigerante può essere integrata con collettori, pompe, tubi flessibili e scambiatori di calore per formare un circuito di raffreddamento completo. Questa architettura diretta è particolarmente utile per server ad alte prestazioni e sistemi informatici in cui i processori operano a carichi sostenuti e generano calore concentrato in spazi fisici limitati.
Progettazione precisa dei canali di raffreddamento

Progettazione precisa dei canali di raffreddamento

I canali di raffreddamento interni influenzano l’efficacia con cui una piastra di raffreddamento per CPU trasferisce il calore, controllando al contempo i requisiti di pressione del liquido refrigerante. Le dimensioni dei canali, i percorsi di flusso, le posizioni di ingresso e uscita e la geometria della superficie di contatto possono essere progettati in base al processore previsto e alle condizioni operative. Il sistema di raffreddamento deve bilanciare le prestazioni di trasferimento termico con una resistenza al flusso accettabile, in modo che le pompe possano mantenere la circolazione richiesta. Anche la planarità della superficie e la pressione di montaggio sono importanti, poiché un contatto costante tra la piastra di raffreddamento e l’interfaccia termica contribuisce a un trasferimento di calore prevedibile. Considerando contemporaneamente il carico termico della CPU, le proprietà del refrigerante, la portata e i vincoli meccanici, la piastra di raffreddamento può essere integrata in modo più efficace in un’architettura completa di raffreddamento liquido diretto.
Raffreddamento scalabile per più CPU

Raffreddamento scalabile per più CPU

I centri dati e le piattaforme HPC possono utilizzare più processori all'interno di un singolo server o su rack ad alta densità. Le piastrine di raffreddamento per CPU possono essere collegate tramite collettori per creare percorsi organizzati di alimentazione e ritorno del fluido refrigerante per più processori. I rami di raffreddamento possono essere progettati in base al carico termico e alla portata richiesta da ciascuna CPU, mentre l'infrastruttura condivisa si collega a pompe e apparecchiature di smaltimento del calore. I raccordi a scatto consentono interfacce comode durante la manutenzione o la sostituzione dei server. Questa architettura modulare consente alla capacità di raffreddamento a liquido di crescere in parallelo con l'infrastruttura informatica. Può inoltre supportare implementazioni ibride, in cui il raffreddamento a liquido viene applicato ai processori ad alta potenza, mentre le apparecchiature a bassa densità continuano a utilizzare il raffreddamento ad aria convenzionale.

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