Piastrina di raffreddamento per GPU | Soluzione termica diretta sul chip

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Gestione termica diretta per applicazioni GPU ad alta potenza

Gestione termica diretta per applicazioni GPU ad alta potenza

Una piastra refrigerante per il raffreddamento delle GPU fornisce un'interfaccia termica diretta tra un processore grafico ad alta potenza e un circuito di raffreddamento a liquido. Mentre il fluido refrigerante scorre attraverso i canali interni, il calore generato dalla GPU viene trasferito lontano dal pacchetto semiconduttore e convogliato verso un collettore, uno scambiatore di calore o un'unità di distribuzione del raffreddamento. La piastra refrigerante può essere progettata in base alle dimensioni del pacchetto GPU, alla struttura di fissaggio, al carico termico, al flusso e alle esigenze di pressione del fluido refrigerante. Ciò la rende adatta per server AI, sistemi HPC, data center, piattaforme workstation e altre applicazioni di calcolo accelerato. La scelta dei materiali, la geometria dei canali, la planarità della superficie, le soluzioni di tenuta e la compatibilità con il fluido refrigerante sono fattori importanti nello sviluppo di una soluzione affidabile per il raffreddamento a liquido delle GPU destinata a funzionare in modo continuo sotto carichi elevati.
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Studio di caso

Raffreddamento per server AI GPU

Un cluster di calcolo basato sull’intelligenza artificiale veniva aggiornato con acceleratori GPU ad alta potenza, che generavano un notevole calore durante carichi di lavoro prolungati. Una piastra refrigerante a liquido era integrata direttamente sopra il pacchetto del processore per trasferire il calore verso un circuito a liquido. La configurazione era progettata in base al pattern di montaggio della GPU, all’area di contatto, al flusso del fluido refrigerante e al carico termico. Il fluido refrigerante veniva distribuito tramite un collettore prima di ritornare al circuito di raffreddamento dell’impianto attraverso tubi dedicati. L’interfaccia termica diretta ha permesso di creare un percorso di raffreddamento più mirato per le schede acceleratore. Questo approccio può supportare distribuzioni dense di server GPU, dove la gestione termica deve essere coordinata con l’infrastruttura di raffreddamento a liquido a livello di rack.

Raffreddamento acceleratore HPC

Una piattaforma informatica ad alte prestazioni richiedeva una gestione termica migliorata per i moduli acceleratori operanti ininterrottamente sotto carichi di lavoro computazionali gravosi. Il team di ingegneria ha integrato delle piastrine di raffreddamento (cold plate) per GPU in un circuito di raffreddamento a liquido comprendente collettori, pompe, tubazioni e attrezzature per lo smaltimento del calore. La progettazione delle piastrine di raffreddamento ha tenuto conto della caduta di pressione, della portata del refrigerante, dei requisiti relativi alla superficie di contatto e dello spazio disponibile per l’installazione intorno al pacchetto GPU. Ciascun circuito di raffreddamento poteva essere dimensionato in base al carico termico previsto dell’acceleratore. Ciò ha fornito un metodo strutturato per trasferire il calore generato dai processori lontano dall’hardware informatico ad alta densità, mantenendo nel contempo la compatibilità con l’architettura più ampia di raffreddamento a liquido utilizzata nell’intero ambiente HPC.

Aggiornamento GPU per data center

Un centro dati ha pianificato l’introduzione di server GPU più potenti senza dover fare affidamento esclusivamente sul raffreddamento ad aria a livello di stanza. Sono stati installati piatti freddi per GPU come parte di un’implementazione mirata di raffreddamento liquido diretto. I piatti erano collegati ai collettori del rack tramite tubi flessibili per il refrigerante e raccordi di servizio organizzati, consentendo il trasferimento diretto del calore lontano dalla GPU. Prima di selezionare la configurazione di raffreddamento, il progetto ha preso in considerazione la disposizione dei processori, i requisiti termici, la compatibilità con il refrigerante e l’accessibilità per la manutenzione. Il raffreddamento ad aria esistente è rimasto disponibile per le apparecchiature a bassa densità, mentre il raffreddamento liquido ha gestito i carichi termici più elevati dei rack GPU. Ciò ha fornito un percorso pratico per aggiornamenti infrastrutturali graduati.

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Una piastra refrigerante per applicazioni GPU è un componente di trasferimento termico raffreddato a liquido progettato per catturare direttamente l’energia termica da un processore grafico o da un pacchetto acceleratore. I suoi canali interni di flusso consentono al fluido refrigerante di scorrere sull’area di scambio termico prima di trasportare il calore raccolto verso il sistema di distribuzione del raffreddamento. A seconda dell’applicazione, la piastra refrigerante può essere configurata in base alle dimensioni della GPU, ai punti di fissaggio, al carico termico, alla portata del fluido refrigerante, alla caduta di pressione e allo spazio disponibile per l’installazione. Anche i materiali e i metodi costruttivi devono essere valutati in base alla conducibilità termica, alla resistenza alla corrosione, alle prestazioni di tenuta e alla compatibilità con il fluido. Le piastre refrigeranti per GPU possono essere integrate in server per intelligenza artificiale, sistemi HPC, data center, workstation e altre piattaforme di calcolo ad alte prestazioni che richiedono il raffreddamento diretto del processore.

Domande frequenti

Che cos’è un piatto freddo per il raffreddamento delle GPU?

Una piastra di raffreddamento GPU è un componente di raffreddamento a liquido installato direttamente contro una GPU o un pacchetto acceleratore. Contiene canali interni per il refrigerante che assorbono il calore dal processore e lo trasferiscono nel circuito liquido. Il calore raccolto può quindi essere convogliato verso un collettore, uno scambiatore di calore o un’unità di distribuzione del raffreddamento.
Le GPU ad alte prestazioni possono generare notevoli quantità di calore durante carichi di lavoro intensivi. Una piastra di raffreddamento posiziona l’interfaccia termica direttamente sul processore, offrendo un percorso mirato per la rimozione del calore. Ciò rende le piastre di raffreddamento GPU adatte per sistemi di calcolo quali quelli impiegati nell’IA, nell’HPC, nei data center e in altri contesti che richiedono una gestione termica ad alta densità.
Le scelte comuni di materiale possono includere rame o alluminio, a seconda dei requisiti termici, del peso, della resistenza alla corrosione, della lavorabilità e dei costi. Il materiale selezionato deve essere compatibile con il fluido refrigerante e con gli altri componenti del circuito di raffreddamento. Anche la finitura superficiale e i materiali per le guarnizioni sono fondamentali per garantire un contatto affidabile con il processore e il contenimento del fluido.
La piastra fredda si collega tipicamente alle tubazioni di mandata e di ritorno mediante tubi flessibili, raccordi o giunti a sgancio rapido. Un collettore può distribuire il fluido refrigerante a più piastre fredde per GPU all’interno di un server o di un rack. Le pompe garantiscono la circolazione, mentre gli scambiatori di calore o le apparecchiature per la distribuzione del raffreddamento rimuovono l’energia termica accumulata dal circuito.
Considerare le dimensioni del pacchetto GPU, i requisiti di fissaggio, il carico termico, il tipo di refrigerante, la portata, la caduta di pressione, lo spazio disponibile per l'installazione e la temperatura operativa richiesta. Valutare anche il contatto superficiale e la tenuta stagna. Per sistemi multi-GPU, la piastra fredda deve essere compatibile con l’intero collettore e con l’architettura di raffreddamento a liquido.

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Testimonianze dei clienti

Brian Turner

La piastra fredda GPU si è integrata perfettamente nella nostra architettura di raffreddamento a liquido diretto. Il team di ingegneria ha giudicato semplici il fissaggio e il routing del refrigerante durante il deployment dei nostri server ad alta densità.

Mark Evans

Abbiamo utilizzato piastre fredde GPU per un aggiornamento HPC e collegato più acceleratori tramite un collettore condiviso. Questa configurazione ci ha permesso di gestire il calore dei processori in modo più strutturato.

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Trasferimento diretto del calore dalla GPU

Trasferimento diretto del calore dalla GPU

Una piastra refrigerante per il raffreddamento della GPU crea un percorso termico diretto tra il processore e il circuito liquido. Invece di dipendere interamente dal flusso d’aria attraverso lo chassis del server, il fluido refrigerante scorre all’interno di canali presenti nella piastra assorbendo il calore in prossimità del package della GPU. L’efficacia di questa configurazione dipende da fattori quali la qualità del contatto, la progettazione dei canali, la portata del fluido refrigerante, il carico termico e la scelta dei materiali. Una piastra refrigerante correttamente configurata può essere integrata con collettori e tubazioni di alimentazione e ritorno per formare un circuito completo di raffreddamento a liquido. Questa architettura è particolarmente rilevante per i server AI e HPC, nei quali più GPU possono operare a elevata utilizzazione per lunghi periodi generando carichi termici concentrati in uno spazio rack limitato.
Progettazione Ottimizzata dei Canali di Raffreddamento

Progettazione Ottimizzata dei Canali di Raffreddamento

La struttura interna dei canali è una parte importante delle prestazioni della piastra di raffreddamento per GPU. I canali devono garantire un contatto sufficiente del fluido refrigerante con la superficie di scambio termico, bilanciando al contempo le prestazioni termiche con la caduta di pressione e i requisiti di pompaggio. Diversi pacchetti GPU e progetti di server potrebbero richiedere configurazioni di canali differenti, posizioni dei raccordi, disposizioni di fissaggio e dimensioni della piastra. Anche la precisione produttiva è fondamentale, poiché la piastra di raffreddamento deve mantenere un contatto costante con il processore o con il materiale interfaccia termica. A seconda dell’applicazione, il design può essere ottimizzato per un determinato fluido refrigerante, portata, carico termico o ingombro meccanico. Queste considerazioni consentono alla piastra di raffreddamento di diventare un componente su misura all’interno di un più ampio sistema di raffreddamento a liquido diretto.
Raffreddamento scalabile per più GPU

Raffreddamento scalabile per più GPU

I moderni server per intelligenza artificiale e calcolo ad alte prestazioni possono contenere più GPU ad alta potenza che richiedono una gestione termica coordinata. Le piastrine di raffreddamento per GPU possono essere collegate tramite collettori per creare percorsi organizzati di alimentazione e ritorno su diversi acceleratori. Ciascun ramo può essere progettato in base alla portata richiesta e al carico termico, mentre l’intero circuito si collega a pompe e a sistemi di dissipazione del calore. Questa configurazione modulare può semplificare la progettazione di sistemi con più GPU e supportare l’espansione verso ulteriori dispositivi raffreddati a liquido. I raccordi rapidi e il percorso accessibile dei tubi flessibili possono inoltre facilitare le operazioni di manutenzione. Integrando le piastrine di raffreddamento con l’infrastruttura di distribuzione a livello di rack, i data center possono sviluppare un’architettura di raffreddamento scalabile per implementazioni di calcolo GPU sempre più dense.

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