冷板散熱基本架構 (Cold Plate Liquid Cooling)

更新於 2024/10/10閱讀時間約 2 分鐘
其實原篇章名是水冷基本架構,但是現在水冷也走到了直接液冷,為了避免混淆只好把他們區隔一下,這裡提的是較為傳統的冷板散熱,重點加強CPU散熱的類型,比起最新直接液冷類型,顯得比較像是過渡版了。
一般在冷板散熱可以分成幾個基本要素:
1. 冷卻液體 (Cooling Fluid)
2. 冷板設計 (Cold Plates)
3. 配管設計 (Cooling Distribution Units, CDU)

冷卻液體

和空冷的概念類似,熱由發熱體產生,透過散熱鰭片(Heat sink) 增加和空氣接觸的面積,最後經由空氣把熱帶離開系統。在液冷系統裡,將空氣換成了液體,提高了把熱傳到流體上的熱效率。
在物理性質上,空氣是熱的不良導體,熱傳導率(thermal conductivity)大概在0.026 W/m.K,光是把流體換成液體 (熱傳導率 k ~ 0.6 W/m.K) 就已經有了可觀的進步 (20倍以上的效率不是夢)。

冷板設計

而原先的散熱鰭片由冷板取代,一樣精神是類似的。與發熱體接觸傳熱,透過內部的微流道加強和流體的熱交換效率,最後流出冷板。但是由於流體換成了液體,元件不再是暴露於空氣中,液體應當與系統良好的隔離開,因此整個冷板應該是水密的。除非這東西是在水裡用的,不然一台機器用一用會濕濕的能看嗎...

配管設計

原先系統裡風扇的腳色在液冷系統被水泵所取代,在這裡稱他為Cooling Distribution Units,簡稱CDU。除了做為推動液體流動的腳色,還負責冷卻液的補充或是再冷卻,端看用途而定。
基本上有兩種:
a. Liquid-to-liquid CDU
b. Liquid-to-air CDU
如果是Liquid-to-liquid CDU,通常需要比較大的空間,可能一次會配好幾個機櫃的冷卻液,也就是基礎建設要考量進去。而在後端冷卻液的循環的散熱是由兩種液體的熱交換器所完成。
Liquid-to-air CDU 相對來說輕便許多,但是能力也較有限制。基本上可以想像成冷氣的室外機,把冷卻液拉到另一台機器再進行空冷散熱。
透過三個主要單元彼此串聯,完成把熱透過液體帶離系統這個目標。其中又有各自的變化,在液冷系統設計上比起原本的空冷設計,難度和彈性都提升了許多,而隨著整機系統耗能的不斷增加,傳統的冷板散熱針對單一對象的侷限性也開始浮現,現在一個系統的主要發熱源可不只是CPU了。DDR和顯卡發熱的速度也不可同日而語,三個發熱源做三個冷板掛6根管子可不是一個理想的做法,直接液冷目前看來是業界的共識。
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