איך לבחור אלומינה מוליכה חום לבלימת חום של שרתים בינה מלאכותית: מדדים טכניים ודוגמאות יישום שנחקרו על ידי גריטסאן אופנג

עם ההתפתחות המהירה של מודלים גדולים של בינה מלאכותית ומרכזי חישוב, צפיפות ההספק של שרתים לבינה מלאכותית ממשיכה לעלות, והצריכה של הספק על ידי GPU יחיד עולה על 700 וואט. כתוצאה מכך, פיזור החום הפך למבטא קריטי שמגביל את היכולת להגביר את כוח החישוב. כחומר ממשק תרמי מרכזי (TIM) בין שבבים ללוחות פיזור חום, הביצועים התרמיים של שמן סיליקון מוליך חום וקרמיות מוליכות חום תלויים ישירות באיכות ממלאי האלומינה. יצרני חומרים תרמיים רבים שואלים: כיצד יש לבחור אלומינה לפיזור חום של שרתים לבינה מלאכותית?

למה פיזור החום של שרתים לבינה מלאכותית דורש דרישות גבוהות יותר לאלומינה מוליכה חום?

צפיפות ההספק של שבבים של GPU בשרתים של בינה מלאכותית גבוהה בהרבה מצפיפות ההספק של שרתים מסורתיים, והתנגדות החום הבין-פנייתית בין השבב למשטח הזרמת החום מהווה עד 30%–50% מההתנגדות הכוללת לחום. כדי למזער את ההתנגדות החום הבין-פנייתית, חומרי הממשק התרמיים (TIMs) חייבים להפגין מוליכות תרמית גבוהה יותר (לרוב דורשים ≥ 5 וואט/(מטר·קלווין), ו-≥ 8 וואט/(מטר·קלווין) ליישומים מתקדמים), התנגדות תרמית נמוכה יותר, וביצועי רטובות עליונים. זה דורש שמילוי האלומינה יתאפיין באיכות טהורה יותר כדי להבטיח מוליכות תרמית פנימית; כדוריות גבוהה יותר כדי להשיג רמות מילוי גבוהות; התפלגות גודל חלקיקים מאופטמת כדי לאפשר יעילות מקסימלית של אריזה; ובליעת שמן נמוכה יותר כדי להפחית את צמיגות המערכת.

המאפיינים הסטנדרטיים לאלומינה בעלת מוליכות תרמית גבוהה של שנדונג גריטסאן אופנג הם: Al₂O₃ ≥ 99.8%, Fe₂O₃ ≤ 0.01%, Na₂O ≤ 0.06%, גודל חלקיקים D₅₀ זמין במספר דרגות החל מ-150 מיקרומטר, שטח פנים (BET) 18 מטר רבוע לגרם, ספיגת שמן ≤ 25 גרם ל-100 גרם, מוליכות תרמית ≥ 30 וואט למקדם מטר-קלווין (ערך פנימי של האבקה), התנגדות נפחית ≥ 10¹⁵ אום-סנטימטר, וקשיחות במישור מוהס 9.

יישומים מתקדמים כגון שרתים של בינה מלאכותית, תחנות בסיס 5G ו-IGBT של כלי רכב חשמליים חדשים דורשים דרישות קפדניות מאוד ליחס טהרה והתפלגות גודל חלקיקים של אלומינה, ובעיקר משתמשים באסטרטגיה מרובה מצביות המשלבת חלקיקים גדולים וקטנים. שנדונג גריטסאן אופנג מציעה תוכנית מרובת מצביות בארבעה שלבים הכוללת ערכים של D50​ של 40 מיקרומטר + 20 מיקרומטר + 5 מיקרומטר + 1 מיקרומטר, כדי להשיג את הצפיפות המרבית של האריזה ולשפר את המוליכות התרמית.

כאשר יצרן מקומי מוביל של חומרים תרמיים פיתח ספוגי בידוד תרמי בעלי מוליכות תרמית גבוהה למודולי GPU של שרתים המבוססים על בינה מלאכותית, הוא השתמש באולומינה של שנדונג גריטסאן אופנג (D50 40 מיקרומטר + 5 מיקרומטר + 1 מיקרומטר – תערובת שלושת השכבות) כממלא. עם רמת מילוי של 88% לפי משקל, הספוג התרמי שהתקבל הציג מוליכות תרמית של 6.5 וואט/(מטר·קלווין) והתנגדות תרמית של ≤ 0.15 °C·אינץ'²/וואט (תחת לחץ של 25 psi), תוך שמירה על קשיחות שור בטווח 65–75, מה שמבטיח דחיסות מעולה וכושר חדירה מצוין למשטחים. כאשר הותקן במודול הקירור של ה-GPU בשרת AI, ספוג זה הפחית את טמפרטורת החיבור של ה-GPU ב-12° צלזיוס תחת עומס הספק של 700 וואט, מה שאיפשר פעילות יציבה של השרת בתדרי שעון גבוהים יותר והגביר את תפוקת הכוח המוחשי בקרוב ל-8%. כשנמצא בין הלוח הקרה לבין המעגלים האלקטרוניים בשרתים מונעים במים, המוצר מפגין ביצועים מצוינים באותה מידה, ועבר בהצלחה את מבחני הנאמנות אצל מספר יצרני שרתים.

היתרונות המרכזיים של אלומינה כדורית מוליכה חום מסוג שנדונג גריטסאן אופנג כוללים: ראשית, טהרה גבוהה, עם Al₂O₃ ≥ 99.8% ורמות נמוכות של זיהומים כגון Fe, Na וכו', מה שמביא ליכולת מוליכות חום פנימית גבוהה מבלי לפגוע בביצועי הבדלה החשמלית; שנית, טווח רחב של مواדי גודל חלקיקים, כולל יותר מעשרה דרגות עם D50 בתחום של 1 מיקרומטר עד 50 מיקרומטר, וכן פתרונות תערובות מותאמים אישית בהתאם לנוסחאות של הלקוחות; שלישית, ספיגת שמן נמוכה, ≤ 30 גרם/100 גרם, המאפשרת רמות טעינה גבוהות במיוחד תוך שמירה על צמיגות ה מערכת בשליטה; רביעית, בידוד חשמלי מעולה, עם התנגדות נפחית ≥ 1015 אום·ס"מ ועוצמת דיאלקטריק גבוהה, מה שהופך אותו מתאים לכל סוגי רכיבי החשמל בעלי המתח הגבוה; חמישי, יציבות בין משלוח למשלוח, לאחר שעבר את אישור הספקים של מספר חברות חומרים תרמיים ציבוריות. לשם פתרונות טכנולוגיים מפורטים וביצוע בדיקות מדגם על אלומינה כדורית לצורך פיזור חום בשרתים של בינה מלאכותית, יש ליצור קשר עם שנדונג גריטסאן אופנג.