بعد تحديد المعلمات مثل المادة، والمبرد، والمقاومة الحرارية، وتوزيع التدفق، يتم تصميم لوحة تبريد سائلة AI لم يكتمل بعد. لضمان تشغيل مستقر وفعال وطويل الأمد للوح البارد في الأنظمة العملية، من الضروري التركيز على حل المشكلات التقنية الرئيسية الثلاث التالية:
1) تحسين مقاومة التدفق: تأكد من أن سائل التبريد يمكنه التدفق عبر اللوحة الباردة بمعدل تدفق كافٍ لتلبية متطلبات تبديد الحرارة وتجنب التدفق غير الكافي للنظام.
2) تصميم مقاوم للضغط: يمنع اللوحة الباردة من التشوه تحت ضغط التشغيل، مما يؤدي إلى مشاكل خطيرة مثل فشل الختم (التسرب) وضعف الالتصاق بشريحة التسخين (زيادة المقاومة الحرارية).
3) الموثوقية التشغيلية على المدى الطويل: ضمان أداء مستقر وغير متدهور للوحة الباردة أثناء عمرها التشغيلي، حيث يهدف القلب إلى منع انسداد الزعانف والتآكل والتقشر.
ستركز هذه المقالة على هذه الجوانب الثلاثة، وتقدم أفكارًا لتحسين التصميم واقتراحات عملية.
تحسين مقاومة تدفق اللوحة الباردة
الهدف: تقليل مقاومة التدفق والتأكد من أن تدفق النظام يلبي متطلبات التبريد.
التحدي: نظرًا لأن طاقة شرائح GPU/ASIC تتجاوز 1000 واط وتزداد كثافة الطاقة (~150 واط/سم²)، فيجب استخدام زعانف أرق (فجوة ≤ 0.15 مم)، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في مقاومة تدفق اللوحة الباردة.
1.1 الحلول والقيود التقليدية:
التصميم التقليدي: يستقبل أحد جانبي الزعنفة السائل ويستقبل الجانب الآخر السائل.
الظروف المطبقة: عندما تكون فجوة الزعانف ≥ 0.2 مم، تكون مقاومة التدفق منخفضة نسبيًا (عادةً <10 كيلو باسكال)، وهو أمر مقبول.
المشكلة: عندما تكون فجوة الزعانف ≤ 0.15 مم، تكون مقاومة التدفق لهذا المخطط عالية جدًا.
1.2 خطة التحسين: مدخل علوي، مخرج جانبي المبدأ: يكون التدفق بين زعانف اللوحة الباردة عادةً رقائقيًا، ومقاومة التدفق △ P تتناسب تقريبًا مع سرعة التدفق V وطول الزعنفة L، △ P ∝ K * V * L
تفاصيل الخطة:
حرك المدخل مباشرة فوق منطقة الزعنفة.
قم بإعداد منافذ السوائل على جانبي منطقة الزعنفة.
تأثير التحسين:
يتم تقليص طول مسار التدفق L إلى النصف (ما يعادل التغيير من طرف واحد إلى اتجاه تدفق مركزي).
تحت نفس معدل التدفق الإجمالي، يتم تقليص سرعة التدفق V عبر الزعانف إلى النصف.
وبالتالي، يتم تقليل مقاومة التدفق △ P في منطقة الزعنفة إلى حوالي 1/4 من مخطط المدخل والمخرج أحادي الجانب.
المزايا: تقليل مقاومة التدفق بشكل كبير للكثافة العالية للطاقة والفجوة الصغيرة للزعانف للألواح الباردة، مما يضمن تدفق النظام.
لذا، فإن قناة التدفق 1-in-2-out التي صممها مهندسو Kenfa Tech لدينا يمكنها حل مشكلة مقاومة التدفق المفرطة في ألواح التبريد السائل للذكاء الاصطناعي.
تحسين مقاومة ضغط اللوحة الباردة
لمنع تشوه اللوحة الباردة تحت الضغط عندما تكون ركيزة اللوحة الباردة رقيقة للغاية (1-2 مم)، مما يضمن الختم الموثوق به والاتصال الجيد بالشريحة.
مشكلة هيكلية تقليدية: لوحة باردة ذات أسنان مجرفة نحاسية نموذجية: الجزء العلوي من الزعانف غير ملحوم بلوحة الغطاء.
النموذج الميكانيكي: يعادل لوحًا مسطحًا بأبعاد الطول (أ) × العرض (ب)، مع حواف مقيدة وخاضعة لضغط موزع بشكل موحد (P).
نظرية مقاومة الضغط (نظرية القشرة الكلاسيكية):
صيغة الحد الأقصى للضغط المسموح به: P=β * σ * (t/b) ²
P: الضغط (ميجا باسكال)
σ: الإجهاد المسموح به للمادة (ميجا باسكال)
t: سمك لوحة الغطاء (مم)
ب: عرض اللوحة العمودي على اتجاه التعزيز (مم) - البعد الحرج
β: عامل الشكل (اعتمادًا على نسبة العرض إلى الارتفاع أ: ب)
صيغة سمك الغطاء المطلوب: t=b * √ (β * P/σ)
عامل الشكل β (تأثير نسبة العرض إلى الارتفاع أ: ب):
1:1،β=0.307
2:1،β=0.497
3:1،β=0.616
4:1،β=0.697
6:1،β=0.750
لذا، عند تحديد حجم (axb) منطقة زعنفة اللوحة الباردة، فإن تقليل العرض b يمكن أن يحسن بشكل كبير من أقصى مقاومة للضغط P. إضافة أضلاع تقوية متوسطة: إضافة هياكل دعم في منتصف منطقة الزعنفة. لحام ركيزة اللوحة الباردة وأضلاع التقوية ولوحة الغطاء في هيكل صلب ككل. (اترك فجوة تتراوح بين 0.05 و0.1 مم بين الزعانف ولوحة الغطاء). التأثير: يقلل بشكل فعال من البعد الحرج b (الذي يصبح التباعد بين أضلاع التعزيز) عند حساب مقاومة الضغط، مما يحسن بشكل كبير من قدرة مقاومة الضغط. في الوقت نفسه، لحام الزعانف العلوية: لحام الجزء العلوي من الزعانف بلوحة الغطاء ككل. التأثير: استخدام زعانف القنوات الدقيقة الكثيفة كنقاط دعم يعزز بشكل كبير من صلابة الهيكل ومقاومة التشوه. عندما تكون الحرفية ممتازة، يمكن استبدال أو تقليل استخدام أضلاع التعزيز. تحسين كبير في قدرة مقاومة الضغط.
موثوقية تشغيل اللوحة الباردة على المدى الطويل
منع تدهور الأداء (زيادة المقاومة الحرارية، انخفاض معدل التدفق، التسرب) وضمان تشغيل مستقر طويل الأمد. الحطام المعدني، والأجسام الغريبة في التجميع، ونواتج التآكل، ورواسب القشور/الأغشية الحيوية في فجوات الزعانف الصغيرة، تعيق التدفق ونقل الحرارة. يتعرض النحاس لرقق بطيء ومتساوٍ في الماء النقي. التآكل الموضعي: أكثر ضررًا، بما في ذلك التآكل التآكلي (الذي يتسارع بشكل ملحوظ عند معدلات تدفق تتجاوز 1.5 متر/ثانية)، والتآكل الميكروبي.
التآكل الحمضي. عواقبه: يؤدي إلى ترقق الزعانف، وانخفاض قوتها، وتلف الختم (التسرب)، وتدهور أدائها. في الوقت نفسه، يكون عرضة للتقشر، حيث تترسب قشور غير عضوية مثل كربونات الكالسيوم (CaCO3) وكربونات المغنيسيوم (MgCO3) والترسبات الحيوية على سطح الزعانف. يزيد هذا بشكل ملحوظ من مقاومة انتقال الحرارة ويقلل من كفاءة تبديدها.
نحن في Kenfa Tech نقدم عادةً للعملاء حلول تصميم وتوصيات تضمن تكوين النظام بدقة تزيد عن 50 ميكرومتر (300 شبكة) لتصفية الجسيمات الكبيرة مثل الحطام المعدني وخبث اللحام
تُنظف جميع المكونات قبل مغادرة المصنع لضمان عدم وجود أي بقايا جزيئات كبيرة، وتُجهز جميع واجهات الأنابيب بأغطية نهائية للإغلاق. في الوقت نفسه، تُراقب جودة المياه، ويجب مراقبة قيم الرقم الهيدروجيني (pH) <9 جيدًا. تُضاف مثبطات التآكل <10 أجزاء في المليون، ومبيدات الفطريات <12 جزءًا في المليون، والكبريتيدات <15 جزءًا في المليون، والكبريتات <100 جزء في المليون، والكلوريدات <50 جزءًا في المليون، والموصلية <0.2-20 ميكرومتر/سم³ إلى سائل التبريد وفقًا للنسب.
الخلاصة:
يُعد تصميم موثوقية ألواح التبريد السائل بالذكاء الاصطناعي حلقة وصل رئيسية في نجاح أنظمة تبديد الحرارة عالية الأداء، وليس مجرد امتداد لحسابات الأداء. تستكشف هذه المقالة ثلاثة أبعاد أساسية:
1) تحسين مقاومة التدفق: استجابةً لمشكلة زيادة مقاومة التدفق الناتجة عن تضييق فجوات الزعانف في ظل كثافة طاقة عالية، تم اقتراح وإثبات مخطط تحسين "مدخل علوي ومخرج جانبي". يمكن لهذا المخطط أن يقلل بشكل كبير من انخفاض الضغط في منطقة القناة الدقيقة إلى حوالي ربع مخطط المدخل والمخرج التقليدي أحادي الجانب، وذلك بخفض طول مسار التدفق الفعال وسرعة التدفق إلى النصف.
2) تعزيز مقاومة الضغط: استنادًا إلى نظرية الغلاف الكلاسيكية، تم توضيح التأثيرات الحاسمة لسمك الغطاء (t)، والعرض الحرج (b)، والإجهاد المسموح به للمادة (σ)، ونسبة العرض إلى الارتفاع (β) على أقصى مقاومة للضغط (P) للصفيحة الباردة. وقد طُرح حلان هندسيان فعالان: إضافة أضلاع تسليح وسيطة، واستخدام تقنية لحام الأسنان العلوية. يُحسّن الحل الأول مقاومة الضغط بتقليل البعد الحرج (b)، بينما يستخدم الحل الثاني الزعانف نفسها والصفيحة الغطاءية لتشكيل هيكل دعم متكامل، وهو الحل الأمثل لتحسين الصلابة ومقاومة الضغط.
3) الموثوقية التشغيلية على المدى الطويل: تم تحديد ثلاثة مخاطر رئيسية تُهدد موثوقية المياه على المدى الطويل بشكل منهجي: الانسداد، والتآكل، والترسبات الكلسية. للسيطرة على هذه المخاطر، يجب تطبيق رقابة صارمة على جودة مياه سائل التبريد المتداول (TCS) داخل اللوحة الباردة، بمعايير أعلى بكثير من معايير المياه الأولية (FWS). ووفقًا لإرشادات الجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء (ASHRAE)، تُفصّل المتطلبات الفنية لمعايير جودة المياه الرئيسية (الرقم الهيدروجيني، ومثبطات التآكل، ومبيدات الفطريات، وتركيز الأيونات، والمواد الصلبة العالقة، والكائنات الدقيقة، إلخ).
فقط من خلال التصميم الدقيق والتحكم الصارم في هذه الأبعاد الثلاثة يمكن للوحة الباردة الحفاظ على أداء ممتاز لتبديد الحرارة والسلامة الهيكلية واستقرار النظام أثناء الحمل العالي والتشغيل طويل الأمد، مما يوفر ضمان تبريد موثوق به للأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة.
