藤仓为下一代 CPU/GPU 的冷却开发独特结构的叠层冷板

《藤仓新闻》消息，为了解决高性能计算和超大规模数据中心的发热问题，藤仓（Fujikura）正在开发了一种具有独特结构的叠层冷板，作为下一代 CPU/GPU 的冷却组件。

藤仓表示，具有微通道鳍片结构、可循环水和冷却液的冷板已被广泛用于冷却高性能 CPU/GPU。通过更薄的微通道鳍片、增加鳍片数量可以提高冷板的性能。然而，鳍片的薄度受到材料物理特性和传统加工手段的限制，因此需要探索新的冷板技术。

为此，藤仓利用了包括拓扑优化在内的先进热设计手段和金属接合技术，开发了这种具有独特结构的新型冷板。这种新型冷板是通过真空钎焊将具有大量短流道特征的薄金属板层压并接合而成的，其内部结构具有大量三维形状的窄而短的流道，传热系数高，单位体积有效传热面积更大。 

与相同尺寸的传统冷板相比，新型冷板的热阻降低了 20% 以上，节省空间并实现高效冷却，有望为解决各种 HPC 和 数据中心应用中的冷却问题做出贡献。

图：传统微通道冷板与叠层冷板（来源：藤仓）

据了解，这种叠层冷板可以在真空钎焊设备中制造。在设备的真空高温炉中，填充在金属板间的较低熔点金属通过毛细管作用熔化到冷板的接缝中，从而将叠放整齐的多层金属板密封起来。通过抽真空，排除了高温炉中的大气，防止了在一般钎焊过程中形成氧化物的影响。如果没有真空环境，则需要助焊剂来保护形成的接头，而真空钎焊工艺可形成极其坚固的接头，并且不需要任何钎焊剂，更能保证所焊接精密结构的清洁度。

藤仓提供散热解决方案已超过 30 年，专注于先进的热管理解决方案，包括热管、均热板、环路热管和冷板等，满足先进激光二极管、超级计算机、汽车照明和高端服务器冷却等广泛应用需求。藤仓在数据中心冷板上积累了大量经验。

2020 年 7 月，日本理化学研究所和富士通共同开发的超级计算机“富岳”，宣布采用藤仓的冷板作为关键冷却部件。

“富岳”共有 432 个机架，包含了 16 万颗高性能 CPU。超级计算机运行时，CPU 会产生热量。藤仓提供的微通道翅片结构冷板，可以将这些 CPU 的温度始终保持在 30℃ 以下。由二次冷却回路供应的 15℃ 的水在冷板中将 CPU 产生的热量带走，而水被加热到 19-25 ℃，然后返回热交换器。

图：超级计算机“富岳”采用的藤仓冷板（来源：藤仓）

由于对更快的数据处理和更复杂的计算的需求不断增加，数据中心的CPU和GPU的功耗持续上升，行业在管理由此产生的热量方面面临着重大挑战。为了解决这个问题，业界正在采用各种技术策略来改进冷板的性能。这些改进包括了优化导热材料、细化板内的微通道结构，以及改进整体设计以增加与热源接触的表面积等。