چگونه اکسید آلومینیوم هادی حرارتی را برای دفع حرارت سرورهای هوش مصنوعی انتخاب کنیم: معیارهای فنی و نمونه‌های کاربردی توسط گرتسان آوپنگ تحلیل شده‌اند

با توسعهٔ سریع مدل‌های بزرگ هوش مصنوعی و مراکز پردازش، چگالی توان سرورهای هوش مصنوعی به‌طور مداوم افزایش یافته و مصرف توان هر GPU از ۷۰۰ وات فراتر رفته است. در نتیجه، دفع حرارت به یک مانع اصلی تبدیل شده که گسترش قدرت پردازش را محدود می‌کند. به‌عنوان مواد اصلی رابط حرارتی (TIM) بین تراشه‌ها و صفحات دفع حرارت، عملکرد حرارتی خمیر سیلیکونی هادی حرارت و پد‌های حرارتی مستقیماً به کیفیت پرکننده‌های آلومینا وابسته است. بسیاری از سازندگان مواد حرارتی این پرسش را مطرح می‌کنند: چگونه باید آلومینا را برای دفع حرارت سرورهای هوش مصنوعی انتخاب کرد؟

چرا دفع حرارت سرورهای هوش مصنوعی نیازمند الزامات بالاتری برای آلومینای هادی حرارت است؟

چگالی توان تراشه‌های واحدهای پردازش گرافیکی در سرورهای هوش مصنوعی بسیار بالاتر از سرورهای سنتی است؛ در این میان، مقاومت حرارتی در فصل مشترک بین تراشه و صفحهٔ دفع حرارت تا ۳۰ تا ۵۰ درصد از کل مقاومت حرارتی را تشکیل می‌دهد. برای کاهش حداقلی مقاومت حرارتی در فصل مشترک، مواد فصل مشترک حرارتی (TIMs) باید هدایت حرارتی بالاتری داشته باشند (معمولاً نیازمند ≥ ۵ وات بر متر-کلوین، و برای کاربردهای پیشرفته ≥ ۸ وات بر متر-کلوین)، امپدانس حرارتی پایین‌تری داشته باشند و عملکرد خوبی در پوشش‌دهی سطح (wetout) از خود نشان دهند. این امر مستلزم آن است که پرکننده‌های آلومینا دارای ویژگی‌های زیر باشند: خلوص بالاتر برای تضمین هدایت حرارتی ذاتی؛ کروی‌بودن بالاتر برای دستیابی به سطوح بارگذاری بالا؛ توزیع اندازه ذرات بهینه‌شده برای دستیابی به بازدهی حداکثری در فشردگی؛ و جذب روغن پایین‌تر برای کاهش ویسکوزیته سیستم.

مشخصات معمول اکسید آلومینیوم با هدایت حرارتی بالا از شرکت شاندونگ گریتسان آوپنگ عبارت‌اند از: Al₂O₃ ≥ ۹۹/۸ درصد، Fe₂O₃ ≤ ۰/۰۱ درصد، Na₂O ≤ ۰/۰۶ درصد، اندازه ذرات D₅₀ در چند رده مختلف از ۱۵۰ میکرومتر در دسترس است، سطح ویژه (BET) برابر با ۱۸ مترمربع بر گرم، جذب روغن ≤ ۲۵ گرم بر ۱۰۰ گرم، هدایت حرارتی ≥ ۳۰ وات بر (متر·کلوین) (مقدار ذاتی پودر)، مقاومت حجمی ≥ ۱۰¹⁵ اهم·سانتی‌متر و سختی موها ۹.

کاربردهای پیشرفته‌ای مانند سرورهای هوش مصنوعی، ایستگاه‌های پایه ۵G و ترانزیستورهای IGBT خودروهای انرژی نو، الزامات بسیار سختی را نسبت به خلوص و توزیع اندازه ذرات اکسید آلومینیوم اعمال می‌کنند و معمولاً از راهبرد فرمول‌بندی چندحالتی که ترکیبی از ذرات بزرگ و کوچک است، استفاده می‌کنند. شرکت شاندونگ گریتسان آوپنگ طرحی چهارسطحی از فرمول‌بندی چندحالتی ارائه می‌دهد که شامل مقادیر D50 برابر با ۴۰ میکرومتر + ۲۰ میکرومتر + ۵ میکرومتر + ۱ میکرومتر است و بیشترین تراکم بسته‌بندی را برای بهینه‌سازی هدایت حرارتی به دست می‌آورد.

وقتی یک تولیدکنندهٔ پیشروی داخلی مواد حرارتی، پَد‌های با هدایت حرارتی بالا را برای ماژول‌های GPU سرورهای هوش مصنوعی توسعه داد، از آلومینای شاندونگ گریتسان آوپِنگ (با اندازه‌ی ذرات D50 برابر با ۴۰ میکرومتر + ۵ میکرومتر + ۱ میکرومتر در سه سطح مختلف) به‌عنوان پُرکننده استفاده کرد. با دستیابی به سطح بارگذاری ۸۸ درصد وزنی، پَد حرارتی حاصل دارای هدایت حرارتی ۶٫۵ وات بر متر-کلوین و مقاومت حرارتی برابر یا کمتر از ۰٫۱۵ درجهٔ سانتی‌گراد-اینچ‌مربع بر وات (تحت فشار ۲۵ PSI) بود، در عین حال سختی شور آن در محدودهٔ ۶۵ تا ۷۵ قرار داشت که نشان‌دهندهٔ قابلیت فشردگی عالی و توانایی عالی در پوشش سطحی بین دو قطعه است. این پَد حرارتی در ماژول خنک‌کنندهٔ GPU سرور هوش مصنوعی به‌کار رفت و دمای گرهٔ GPU را تحت بار توان ۷۰۰ وات به میزان ۱۲ درجهٔ سانتی‌گراد کاهش داد؛ این امر امکان عملکرد پایدار سرور در فرکانس‌های بالاتر ساعت را فراهم کرد و توان محاسباتی خروجی را حدود ۸ درصد افزایش داد. این محصول در سرورهای خنک‌شونده با مایع، بین صفحهٔ سردکننده و تراشه‌ها قرار می‌گیرد و عملکرد برجسته‌ای نشان می‌دهد و با موفقیت آزمون‌های قابلیت اطمینان را از سوی چندین سازندهٔ سرور پشت سر گذاشته است.

مزایای اصلی آلومینای کروی هادی حرارتی شاندونگ گریتسان آوپنگ عبارت‌اند از: اول، خلوص بالا با درصد Al₂O₃ ≥ ۹۹٫۸٪ و سطح پایین ناخالصی‌هایی مانند Fe و Na، که هدایت حرارتی ذاتی بالایی را بدون تأثیر منفی بر عملکرد عایقی فراهم می‌کند؛ دوم، طیف جامعی از مشخصات اندازه ذرات، با بیش از دوازده درجه از D50 از ۱ میکرومتر تا ۵۰ میکرومتر، همچنین راه‌حل‌های اختلاط سفارشی‌سازی‌شده متناسب با فرمول‌های مشتریان؛ سوم، جذب روغن پایین، ≤ ۳۰ گرم بر ۱۰۰ گرم، که امکان بارگذاری فوق‌العاده بالا را فراهم کرده و ویسکوزیته سیستم را قابل کنترل نگه می‌دارد؛ چهارم، عایق‌بودن الکتریکی عالی با مقاومت حجمی ≥ D50 از ۱ میکرومتر تا ۵۰ میکرومتر، همچنین راه‌حل‌های اختلاط سفارشی‌سازی‌شده متناسب با فرمول‌های مشتریان؛ سوم، جذب روغن پایین، ≤ ۳۰ گرم بر ۱۰۰ گرم، که امکان بارگذاری فوق‌العاده بالا را فراهم کرده و ویسکوزیته سیستم را قابل کنترل نگه می‌دارد؛ چهارم، عایق‌بودن الکتریکی عالی با مقاومت حجمی ≥ 1015 اُمگا-سانتی‌متر و استحکام بالای عایقی، که آن را برای تمامی انواع قطعات الکترونیکی با ولتاژ بالا مناسب می‌سازد؛ پنجم، پایداری بین دفعات تولید، که گواهی‌نامهٔ تأمین‌کنندگان را از سوی چند شرکت عمومی معتبر مواد حرارتی کسب کرده است. برای اطلاعات فنی دقیق‌تر و آزمون نمونه‌های آلومینای کروی در زمینهٔ دفع حرارت سرورهای هوش مصنوعی، با شاندونگ گریتسان آوپنگ تماس بگیرید.