كيفية اختيار أكسيد الألومنيوم الموصل للحرارة لتبريد خوادم الذكاء الاصطناعي: تحليل المقاييس الفنية وأمثلة التطبيقات من قِبل شركة غريتسن أوبينغ

مع التطور السريع لنموذج الذكاء الاصطناعي الكبير ومراكز الحوسبة، تستمر كثافة الطاقة الخاصة بخوادم الذكاء الاصطناعي في الارتفاع بشكل ملحوظ، حيث تجاوز استهلاك الطاقة لكل وحدة معالجة رسومية (GPU) ٧٠٠ واط. وبالتالي، أصبحت إدارة الحرارة عقبةً حرجةً تُقيّد التصاعد في قدرات الحوسبة. وباعتبارها مواد واجهة حرارية أساسية (TIMs) بين الرقائق والمشتّتات الحرارية، فإن الأداء الحراري لهُلام السيليكون الموصل للحرارة والوسائد الحرارية يعتمد مباشرةً على جودة حشوات أكسيد الألومنيوم. ويتساءل العديد من مصنّعي المواد الحرارية: كيف يُختار أكسيد الألومنيوم المناسب لتبريد خوادم الذكاء الاصطناعي؟

لماذا تتطلب إدارة حرارة خوادم الذكاء الاصطناعي متطلباتٍ أعلى من أكسيد الألومنيوم الموصل للحرارة؟

كثافة القدرة الكهربائية لرقائق وحدة معالجة الرسومات (GPU) في خوادم الذكاء الاصطناعي أعلى بكثير من تلك الموجودة في الخوادم التقليدية، حيث تشكل المقاومة الحرارية عند الواجهة بين الرقاقة ومُبدد الحرارة ما يصل إلى ٣٠٪–٥٠٪ من إجمالي المقاومة الحرارية. ولتقليل هذه المقاومة الواجهية إلى أدنى حد ممكن، يجب أن تتميز مواد الواجهة الحرارية (TIMs) بموصلية حرارية أعلى (عادةً ما تتطلب ≥ ٥ واط/(متر·كلفن)، و≥ ٨ واط/(متر·كلفن) للتطبيقات عالية الأداء)، وبمقاومة حرارية أقل، وأداء أفضل في الترطيب السطحي (wetout). وهذا يستلزم أن تمتلك حشوات الألومينا الخصائص التالية: نقاءً أعلى لضمان الموصلية الحرارية الجوهرية؛ وكرويةً أعلى لتحقيق مستويات تحميل مرتفعة؛ وتوزيعًا أمثلًا لأحجام الجسيمات لتمكين كفاءة أقصى في التعبئة؛ وامتصاص زيت أقل لتقليل لزوجة النظام.

الخصائص القياسية لألومينا عالية التوصيل الحراري من شركة شاندونغ غريتسن أوبينغ هي: Al₂O₃ ≥ ٩٩,٨٪، وFe₂O₃ ≤ ٠,٠١٪، وNa₂O ≤ ٠,٠٦٪، وحجم الجسيمات D₅₀ متوفر بعدة درجات تبدأ من ١٥٠ ميكرومتر، والمساحة السطحية (حسب طريقة BET) ١٨ مترًا مربعًا/جرام، وامتصاص الزيت ≤ ٢٥ جرام/١٠٠ جرام، والتوصيل الحراري ≥ ٣٠ واط/(متر·كلفن) (قيمة متأصلة للمسحوق)، والممانعة الحجمية ≥ ١٠١٥ أوم·سم، وصلادة موهس ٩.

تطبيقات الفئة العليا مثل خوادم الذكاء الاصطناعي ومحطات قواعد الاتصالات الخلوية من الجيل الخامس (5G) ووحدات التحكم بالترانزستور العازل المُتحكَّم بها بالحقن (IGBT) في مركبات الطاقة الجديدة تفرض متطلبات صارمة على نقاء أكسيد الألومنيوم وتوزيع حجم جسيماته، وتستخدم عادةً استراتيجية تركيب متعدد النماذج تجمع بين الجسيمات الكبيرة والصغيرة. وتقدِّم شركة شاندونغ غريتسن أوبينغ خطة تركيب متعددة النماذج من أربعة مستويات، تشمل قيم D50 تبلغ ٤٠ ميكرومتر + ٢٠ ميكرومتر + ٥ ميكرومتر + ١ ميكرومتر، لتحقيق أقصى كثافة تعبئة لتحسين التوصيل الحراري.

عندما طوَّرت شركة محلية رائدة في مجال مواد التبريد الحرارية وسادات ذات توصيل حراري عالٍ لوحدات معالجات الرسوميات (GPU) الخاصة بخوادم الذكاء الاصطناعي، استخدمت ملءً من أكسيد الألومنيوم المُنتَج من قِبل شركة شاندونغ غريتسن أوبينغ (بتركيب ثلاثي المستويات: D50 بمقاس ٤٠ ميكرومتر + ٥ ميكرومتر + ١ ميكرومتر). وبتحقيق نسبة ملء تبلغ ٨٨٪ وزنيًّا، حقَّقت الوسادة الحرارية الناتجة توصيلًا حراريًّا قدره ٦,٥ واط/(متر·كلفن)، ومقاومة حرارية لا تتجاوز ٠,١٥ درجة سيليزية·بوصة مربعة/واط (تحت ضغط ٢٥ رطل/بوصة مربعة)، مع الحفاظ على صلادة «شور» بين ٦٥ و٧٥ لضمان قابلية ممتازة للانضغاط وقدرة فائقة على الترطيب السطحي. وعند تركيب هذه الوسادة الحرارية في وحدة تبريد معالجات الرسوميات ضمن خادم ذكاء اصطناعي، انخفضت درجة حرارة نقطة التوصيل (Junction Temperature) للمعالج بمقدار ١٢ درجة سيليزية تحت حمل كهربائي قدره ٧٠٠ واط، ما مكَّن الخادم من التشغيل المستقر عند ترددات تشغيل أعلى، وزيادة إنتاج الطاقة الحاسوبية بنسبة تقارب ٨٪. كما تُستخدم هذه المادة بين اللوحة الباردة (Cold Plate) والرقائق الإلكترونية في الخوادم المبرَّدة سائلًا، حيث تُظهر أداءً متميزًا بنفس القدر، وقد اجتازت اختبارات الموثوقية بنجاح مع عدد من مصنِّعي الخوادم.

المزايا الأساسية لأكسيد الألومنيوم الكروي الموصل للحرارة من شركة شاندونغ غريتسن أوبينغ تشمل ما يلي: أولاً، درجة نقاء عالية جدًّا، حيث تبلغ نسبة Al₂O₃ ≥ ٩٩,٨٪ ومستويات شوائب منخفضة جدًّا مثل Fe وNa، مما يوفِّر موصلية حرارية داخلية عالية دون التأثير سلبًا على أداء العزل الكهربائي؛ ثانيًا، نطاق واسع من مواصفات أحجام الجسيمات، مع توافر أكثر من عشر درجات تتراوح فيها قيمة D50 بين ١ ميكرومتر و٥٠ ميكرومتر، إضافةً إلى حلول خلط مخصصة تُعدّ وفقًا لتركيبات العملاء المحددة؛ ثالثًا، امتصاص منخفض جدًّا للزيت، ≤ ٣٠ غرام/١٠٠ غرام، ما يسمح بتحميل عالٍ جدًّا مع الحفاظ على لزوجة النظام ضمن حدود قابلة للتحكم؛ رابعًا، عزل كهربائي متفوق، حيث تبلغ مقاومة الحجم ≥ 1015 أوم·سم وقوة عزل كهربائي عالية، ما يجعلها مناسبةً لجميع أنواع المكونات الإلكترونية العالية الجهد؛ خامسًا: استقرار دفعة-إلى-دفعة، بعد اجتيازها شهادات توثيق المورِّدين من قِبل عدة شركات عالمية رائدة في مجال المواد الحرارية المُدرجة في البورصات. وللحصول على حلول فنية مفصَّلة واختبار عيِّنات أكسيد الألومنيوم الكروي لتبريد خوادم الذكاء الاصطناعي، يُرجى التواصل مع شركة شاندونغ غريتسان أوبينغ.