AI 컴퓨팅의 급속한 발전은 서버 프로세서를 더 높은 전력 소비와 더 큰 열 플럭스 밀도로 밀어붙이고 있습니다. AI 학습 및 추론에서 GPU 기반 컴퓨팅의 중요성이 커짐에 따라 열 관리는 더 이상 단순히 더 큰 방열판을 선택하는 문제가 아닙니다. 열원과 냉각 구조 사이의 열 인터페이스는 전체 시스템 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

고밀도 AI 서버의 경우, 서로 다른 구성 요소는 서로 다른 수준의 열을 발생시키고 서로 다른 인터페이스 형상을 가집니다. GPU 및 CPU 패키지는 극도로 낮은 열 저항을 요구할 수 있는 반면, 메모리 및 보조 구성 요소는 얇고 순응성이 있는 재료를 필요로 할 수 있습니다. PCB 전력 구성 요소는 열 전도성과 전기 절연을 모두 필요로 할 수 있는 반면, 시스템 수준 구조는 측면 열 확산의 이점을 얻을 수 있습니다.

이 고객 사례는 액체 금속 TIM, 상변화 물질, 서멀 패드 및 그래핀 기반 열 인터페이스 재료의 조합을 사용하여 고밀도 AI 컴퓨팅 시스템을 위한 다단계 열 관리 전략을 구축하는 방법을 보여줍니다.

최신 AI 서버는 여러 고성능 GPU, CPU, 메모리 장치, 전력 구성 요소 및 기타 열 발생 요소를 비교적 컴팩트한 공간에 통합합니다.

이는 여러 가지 열 문제를 야기합니다.

고성능 프로세서는 비교적 작은 영역에 집중된 열을 발생시킵니다. GPU 전력 소비가 증가함에 따라 칩과 냉각 구조 사이의 열 저항이 점점 더 중요해집니다.

냉각판 또는 방열판이 충분한 냉각 용량을 가지고 있더라도 잘못 설계된 인터페이스는 열 전달을 제한할 수 있습니다.

AI 서버 아키텍처에는 서로 다른 패키지 높이와 표면 형상을 가진 구성 요소가 포함됩니다. 열 발생 구성 요소와 냉각 구조 사이의 작은 간격은 공기 주머니를 유입시켜 열 저항을 증가시킬 수 있습니다.

따라서 TIM은 불필요한 재료 두께를 도입하지 않고 충분한 순응성과 간격 채움을 제공해야 합니다.

전력 구성 요소 및 PCB 어셈블리는 전기 절연을 유지하면서 열 관리가 필요할 수 있습니다. 높은 열 전도성만으로는 충분하지 않을 수 있습니다.

기계적 순응성, 압축 성능, 조립 방법 및 유전 특성도 고려해야 할 수 있습니다.

여러 GPU가 동시에 작동하면 집중된 열 영역이 생성될 수 있습니다. 열이 효과적으로 분산되지 않으면 방열판, 섀시 또는 기타 열 구조에 국소적인 핫스팟이 발생할 수 있습니다.

이는 열 확산이 전체 AI 서버 열 설계의 중요한 부분이 되도록 합니다.

모든 구성 요소에 대해 하나의 TIM을 사용하는 대신, 이 프로젝트는 애플리케이션별 재료 전략을 채택했습니다.

각 열 인터페이스는 열 발생량, 인터페이스 간격, 열 저항 목표, 기계적 요구 사항 및 전기적 요구 사항에 따라 평가되었습니다.

결과 아키텍처는 네 가지 다른 TIM 기술을 결합했습니다:

이 접근 방식은 각 재료가 가장 적합한 기능을 수행하도록 합니다.

GPU 및 CPU는 일반적으로 AI 서버에서 열적으로 가장 까다로운 구성 요소 중 하나입니다.

이러한 인터페이스의 주요 목표는 반도체 패키지와 냉각 구조 사이의 열 저항을 최소화하는 것입니다.

이 프로젝트에서는 고출력 인터페이스에 TIG78 시리즈 액체 금속 TIM을 사용했습니다.

제공된 사례 데이터에 따르면 이 재료는 다음을 제공합니다:

• 최대 열 전도성 78 W/m·K

• 보고된 열 임피던스 0.02 °C·in²/W

• 작동 온도 범위 -45°C ~ 200°C

높은 열 전도성과 낮은 보고된 열 임피던스의 조합은 프로세서에서 방열판 또는 냉각 구조로 효율적인 열 전달 경로를 설정하는 데 도움이 됩니다.

액체 금속 TIM은 인터페이스 열 저항의 모든 증가가 중요한 고출력 애플리케이션에 특히 매력적일 수 있습니다.

그러나 엔지니어는 액체 금속 인터페이스를 설계할 때 전기 절연, 재료 호환성, 적용 공정, 봉쇄 및 장기 신뢰성도 고려해야 합니다.

메모리 및 보조 구성 요소는 종종 다른 열 요구 사항을 가지며, 짝을 이루는 표면에 순응할 수 있는 매우 얇은 인터페이스 재료의 이점을 얻을 수 있습니다.

TIC800 상변화 물질이 이러한 애플리케이션에 선택되었습니다.

제공된 사양은 다음과 같습니다:

열 전도성:

• 경도: 두께 범위:

• 0.102–0.305 mm작동 중 상변화 거동은 재료가 적절한 조건에서 인터페이스에 순응하도록 하여 미세한 공기 간격을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

컴팩트한 AI 서버 아키텍처의 경우, 얇은 상변화 인터페이스는 열 성능, 인터페이스 순응성 및 패키지 수준 통합 간의 실용적인 균형을 제공할 수 있습니다.

PCB 및 전력 구성 요소를 위한 서멀 패드

TIF800TU-16W 서멀 패드가 이러한 애플리케이션에 사용되었습니다.

제공된 제품 데이터는 다음과 같이 보고합니다:

열 전도성:

16 W/m·K

• 경도: 45 Shore 00

• 두께 옵션: 0.5–5.0 mm

• 열 및 전기 절연 특성액체 금속과 비교할 때, 서멀 패드는 간격 채움, 기계적 순응성, 절연 및 조립 효율성이 중요한 애플리케이션에 대해 더 편리한 고체 상태 인터페이스를 제공합니다.

• 다른 두께를 선택할 수 있다는 것은 재료가 다른 구성 요소-방열판 간격을 수용할 수 있도록 합니다.

열 확산을 위한 그래핀 기반 TIM

칩-방열판 인터페이스에서 열을 관리하는 것은 열 문제의 일부일 뿐입니다.

이러한 애플리케이션의 경우 그래핀 기반 열 인터페이스 재료는 추가적인 열 확산 기능을 제공할 수 있습니다.

제공된 프로젝트 데이터는 최대 평면 방향 열 전도성을 다음과 같이 보고합니다:

130 W/m·K

주요 목표는 단순히 인터페이스를 통해 수직으로 열을 전달하는 것이 아닙니다. 대신, 높은 평면 방향 열 전도성은 국소적인 열을 더 넓은 영역으로 분산시키는 데 도움이 됩니다.

잠재적 애플리케이션은 다음과 같습니다:

방열판 베이스 플레이트

섀시 열 확산

• 다중 GPU 시스템

• 국소 핫스팟 관리

• 온도 균등화

• 그래핀 기반 열 재료는 이방성 열 거동을 나타낼 수 있으므로 엔지니어는 실제 열 흐름 방향에 따라 평면 방향 및 수직 방향 열 성능을 모두 평가해야 합니다.

• AI 서버에 TIM이 하나만으로는 충분하지 않은 이유

열 설계에서 흔히 저지르는 실수는 열 전도성만으로 TIM을 선택하는 것입니다.

예를 들어, 극도로 높은 열 전도성을 가진 재료는 애플리케이션이 다음을 요구하는 경우 최상의 선택이 아닐 수 있습니다:

대형 간격 채움

전기 절연

• 높은 압축성

• 쉬운 조립

• 복잡한 표면 순응성

• 자동 디스펜싱

• 낮은 기계적 응력

• 반대로, 적당한 열 전도성을 가진 서멀 패드는 전기 절연 및 간격 보상이 중요한 PCB 전력 구성 요소에 더 적합할 수 있습니다.

• 따라서 선택 과정은 단순히 가장 높은 W/m·K 값을 가진 TIM이 무엇인지 묻는 것이 아니라

열 인터페이스 요구 사항

에서 시작해야 합니다.애플리케이션 기반 TIM 선택AI 서버 열 관리를 위한 단순화된 선택 전략은 다음과 같습니다:

애플리케이션이 필요한 전기적, 기계적, 호환성 및 신뢰성 조건을 충족하는 경우 액체 금속과 같은 저저항 TIM을 고려하십시오.

상변화 물질은 제어된 간격에 대해 얇고 순응성이 있는 인터페이스를 제공할 수 있습니다.

서멀 패드는 열 전달, 전기 절연, 간격 채움 및 기계적 순응성의 조합을 제공할 수 있습니다.

그래핀 기반 열 인터페이스 재료는 열을 측면으로 분산시키고 온도 집중을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

보고된 고객 결과

제공된 프로젝트 자료에 따르면, 열 관리 솔루션은 AI 서버 및 지능형 컴퓨팅 센터 애플리케이션에서 평가되었습니다.

칩 온도: 88°C → 65°C

동일한 사례 자료는

컴퓨팅 성능 28% 향상

을 보고했습니다.다른 지능형 컴퓨팅 센터 냉각 최적화 프로젝트에서 제공된 데이터는 다음을 보고했습니다:10,000 시간

프로젝트 자료는 또한 연간 전기 절감액이

5백만 kWh

이상이라고 보고했습니다.자체 개발한 고성능 AI 서버의 경우, 제공된 사례 자료는 다음을 보고했습니다:10,000 시간

의 연속 작동

• 온도 변동 ≤ ±2°C

• 보고된 고장 제로이 수치는 외부 공개 전에 해당 테스트 조건, 테스트 보고서, 고객 승인 및 최종 제품 사양과 대조하여 확인해야 합니다.

• 구성 요소 냉각에서 시스템 수준 열 관리까지

이 프로젝트에서 가장 중요한 교훈은 AI 서버 열 관리가 전체 열 경로로 간주되어야 한다는 것입니다.

또한 다음을 포함합니다:

반도체 → TIM → 방열판 / 냉각판 → 방열판 → 섀시 → 냉각 시스템

이 경로 내의 상당한 열 저항은 최종 시스템 온도에 영향을 미칠 수 있습니다.

이것이 다른 TIM 기술이 동일한 서버 내에서 함께 작동할 수 있는 이유입니다.

액체 금속은 고출력 칩 인터페이스의 열 저항을 줄일 수 있습니다.

상변화 물질은 얇고 순응성이 있는 인터페이스를 제공할 수 있습니다.

서멀 패드는 전기 절연을 제공하면서 더 큰 간격을 수용할 수 있습니다.

그래핀 기반 재료는 열을 측면으로 확산시키고 온도 균일성을 개선할 수 있습니다.

이러한 기술들은 함께 고밀도 AI 서버 열 관리에 대한 더 유연한 접근 방식을 제공합니다.

다중 TIM 아키텍처의 주요 이점

적절하게 설계된 다중 재료 열 전략은 여러 가지 이점을 제공할 수 있습니다:

더 나은 간격 보상

• 개선된 전기 안전

• 개선된 온도 균일성

• 더 큰 설계 유연성

• 결론

• AI 서버가 더 높은 GPU 전력 밀도, 컴팩트한 아키텍처 및 고급 냉각 시스템으로 계속 발전함에 따라, 열 인터페이스 재료는 컴퓨팅 성능과 시스템 신뢰성을 유지하는 데 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다.

성공적인 열 관리 솔루션은 다음의 전체 조합을 고려해야 합니다:

열 전도성 + 열 저항 + 간격 + 압축 + 전기 절연 + 조립 공정 + 신뢰성

이 고객 프로젝트에서는

액체 금속 TIM, 상변화 물질, 고열 전도성 서멀 패드 및 그래핀 기반 열 인터페이스 재료

의 조합을 사용하여 고밀도 AI 서버 전체의 다양한 열 인터페이스를 해결했습니다.이 애플리케이션별 접근 방식은 칩 수준 핫스팟 및 시스템 수준 열 분산

을 모두 관리할 수 있는 유연한 경로를 제공하여 고성능 AI 컴퓨팅 인프라의 지속적인 개발을 지원합니다.자주 묻는 질문AI 서버 GPU에 가장 좋은 TIM은 무엇입니까?

서멀 패드는 간격 채움, 전기 절연, 기계적 순응성 및 편리한 조립이 필요한 인터페이스에 유용합니다. 특히 PCB 및 전력 구성 요소 애플리케이션에 적합합니다.

상변화 물질은 얇은 인터페이스를 제공하면서 적절한 작동 조건에서 짝을 이루는 표면에 대한 순응성을 개선할 수 있습니다. 메모리 및 기타 컴팩트 구성 요소 인터페이스에 유용할 수 있습니다.

그래핀 기반 열 인터페이스 재료는 측면 열 확산 및 온도 균등화에 사용될 수 있습니다. 높은 평면 방향 열 전도성은 핫스팟 관리 및 시스템 수준 열 분산에 특히 흥미롭습니다.

TIM 두께는 실제 인터페이스 간격, 구성 요소 허용 오차, 필요한 압축 및 제조업체의 권장 적용 범위에 따라 결정되어야 합니다. 재료가 너무 적으면 공기 간격이 남을 수 있고, 두께가 너무 많으면 열 저항이 증가할 수 있습니다.

예. 다른 구성 요소는 다른 열 및 기계적 요구 사항을 가집니다. 다중 TIM 전략은 동일한 열 아키텍처의 다른 부분에서 액체 금속, 상변화 물질, 서멀 패드, 열 젤 및 그래핀 기반 재료를 결합할 수 있습니다.

ZIITEK은 여러 열 인터페이스 기술을 제공하며 열 전도성, 열 저항, 간격, 경도, 전기 절연, 조립 공정, 작동 온도 및 신뢰성 요구 사항을 기반으로 TIM 선택을 평가할 수 있습니다.