熱虹吸散熱技術解決GPU服務器散熱問題

隨著深度學習、仿真、BIM設計、AEC行業在各行各業應用的發展，在AI技術虛擬GPU技術的加持之下，需要強大的GPU算力解析。無論是GPU服務器，還是GPU工作站都趨向于小型化、模塊化、高集成度設計方向發展。熱流密度經常達到傳統風冷GPU服務器設備的7－10倍，由于采用模塊集中安裝方案，擁有數量眾多且發熱量大的NVIDIA英偉達GPU顯卡，因此散熱問題非常突出。過去常用的散熱設計技術已經無法滿足新系統的使用要求，傳統的水冷GPU服務器還是液冷GPU服務器都離不開風扇的加持，今天我們就來解析一下熱虹吸管散熱技術。

目前市場上的熱虹吸散熱技術主要還是利用柱型或板型散熱器為體，在散熱器底部穿入熱媒管，殼體內注入工質，并建立真空環境，這是一種常溫重力式熱管。工作過程如下：在散熱器底部，供熱系統通過熱媒管將殼體內的工質加熱，在工作溫度范圍內，工質沸騰，蒸汽上升至散熱器上部凝結放熱，凝結液沿散熱器內壁回流至加熱段被再次加熱蒸發，熱量通過工質的不斷循環相變由熱源傳遞至熱沉，達到供熱、加熱的目的。

1熱虹吸散熱在GPU工作站上的運用

每一代CPU散熱器是如何一步步走向當代的理論性能的極限。從最原始的鋁制散熱片到現在，它都是不錯的選擇。大家可能想既然一些小鰭片就這么好用，那更多更大的鰭片是不是更好用？然而結果并非如此。鰭片離熱源距離越遠，鰭片溫度就越低。當溫度降低至周圍空氣的溫度時，無論將鰭片做的多長，熱傳遞也不會繼續增加。

當現代GPU計算功耗進入75至350瓦區間甚至更高時，熱設計工程師們轉而研發新的散熱方法。熱管本身并沒有增強散熱器的散熱能力。它的作用是同時利用熱傳導和熱對流，來實現遠高于金屬本身的熱傳遞效率。

早在1937年就有熱虹吸技術出現，正常運行時熱管內部的液體會沸騰，蒸汽通過蒸汽腔到達冷凝端，蒸汽變回液體后再通過管芯返回熱源，管芯通常是燒結上去的金屬內層，可如果熱管吸收太多熱量，則會出現“熱管干涸”的現象。液體不僅在蒸汽腔內變成蒸汽，同時也會在管芯內變成蒸汽，導致其無法變回液體返回熱源，大幅增加了熱管的熱阻。

現在我們的重頭戲來了——熱虹吸。熱虹吸散熱不像熱管，用管芯將液體帶回蒸發端，而是僅僅利用重力，再加上一些巧妙的設計形成循環，把液體蒸發過程當水泵用。這并不是新技術，在放熱量大的工業應用中很常見。

一般來說，GPU內部制冷劑會沸騰，向上流動到里面的冷凝端內，變回液體并返回蒸發端。理論上有兩大優勢：

1. 避免熱管干涸，可用于超頻超高性能芯片

2. 因為不需要水泵，所以可靠性優于傳統一體式水冷

熱虹吸散熱現在最重要的一點是它的厚度將會從傳統的103毫米減少到僅僅30毫米（減到三分之一以下），外形相對小巧，不會損害性能。熱虹吸散熱的器材為了便于加工，目前廠家使用鋁材質居多。也有使用銅制，溫度可能還能再降5-10度，僅針對發熱量較大的GPU服務器。

敲黑板 敲黑板 敲黑板

劃重點－小藍用實驗數據來結束這次的重點。小藍測試的三種不同的英偉達GPU卡，普通風扇和熱虹吸散熱器在同等4卡水冷GPU服務器下的散熱數據：

一是RTX A6000功率為300瓦

二是RTX 3090，功率約350瓦

三是NVIDIA A100，功率約為400瓦

責任編輯：tzh