ECAM, i cold plates per CPU stampati in 3D e progettati con l’AI

Il settore dei processori e delle schede grafiche è ad un collo di bottiglia in termini di TDP. Siamo passati dalla refrigerazione in minoranza con acqua o immersione, al solito tonico che è questo. Con processori e grafica che si avvicinano pericolosamente ai 500 W, l’industria sta investendo molti soldi in sistemi di raffreddamento avanzati. Il primo passo per ottenere migliorare il raffreddamento è chiamato come ECAMe può essere rivoluzionario se realizzato su larga scala.

Per quanto riguarda i liquidi, finora a temperatura ambiente, non c’è davvero nulla di straordinario che possa migliorare il trasferimento o il flusso di calore. Nei materiali è ancora peggio, perché nonostante ce ne siano e in abbondanza, il costo è insostenibile per essere redditizioed ora, con quello che vedremo, la stragrande maggioranza non è utilizzabile, cosa possiamo fare allora?

Oggi gli esseri umani hanno raggiunto il limite della tecnologia di raffreddamento di CPU e GPU

Dobbiamo essere in grado di raffreddare e dissipare più calore per tenere sotto controllo le temperature operative dei chip. È imperativo raggiungerlo, perché altrimenti sarà il più grande ostacolo in pochi anni. Ecco che arriva l’azienda Fabric8Labsche è in fase di ricerca e sviluppo della sua tecnologia ECAMche ha già mostrato i primi risultati, molto incoraggianti va detto.

Tutto si basa su piatti freddi, ma il problema che presentano è che sono loroi sistemi a getto a microcanali hanno raggiunto il limite fisico delle prestazioni. Ad oggi, un waterblock ad alte prestazioni ha microcanali di 100 micrometri. Marchi come EKWB o Alphacool non possono continuare a migliorare sotto questo aspetto e hanno concentrato i loro sforzi per ottenere una maggiore pressione e velocità dell’acqua, nonché una maggiore superficie di contatto per garantire che quando l’acqua si riscalda, evacui dal blocco a una velocità maggiore. velocità, ma non c’è nient’altro.

Il problema è che anche questo ha un limite, poiché se si prosegue su questa strada si avrà un’erosione del nichel o del rame (a seconda che il secondo sia bagnato o meno nel primo), dove anche i tubi si degraderanno. Tale limite è fissato nel settore da una velocità di 2 metri al secondoin alcuni tipi di tubi e di rame meno puri e di fattura peggiore, questo valore scende a 1,5 metri al secondo.

Torniamo quindi all’inizio quando diciamo che siamo arrivati ​​al limite e che si può continuare a migliorare solo per poco tempo avendo più superficie di contatto (più area totale), ma niente di più.

Fabric8Labs ha realizzato la prima stampa 3D per piastra fredda

L’industria attuale si sta rivolgendo alla progettazione della stampa 3D, ma ciò riduce solo costi e tempi, laddove problemi come l’uso delle polveriche una volta completata l’impronta vanno rimossi, riducendo il rame.

Fortunatamente, Fabric8Labs, una nuova azienda di raffreddamento dei chip, ha trovato un indizio a riguardo. La stampa 3D che ottengono lo è molto più puro e molto più complesso che nei migliori progetti che abbiamo visto negli ultimi tempi. Il vantaggio principale, sostengono, è questo nella loro fabbricazione vengono utilizzati additivi elettrochimici invece delle polveri, in modo da poter creare disegni più complessi.

Ad esempio, e dopo quello che hanno mostrato, possono creare dei microcanali verticali di varie altezze, cioè non lavorano sull’asse X, ma anche sull’asse Z e Y. Per questo motivo queste piastre fredde fanno sono in realtà progetti di stampa 3D.

La tecnica particolare è stata chiamata ECAM o produzione additiva elettrochimica e come vediamo nella tabella sopra, presenta una serie di vantaggi molto evidenti. A cominciare da un costo inferiore, una dimensione tre volte più piccola alle estremità e una conducibilità in rame compresa tra i 94% e 98%. Vale a dire che perdono solo il 6% di purezza nel caso peggiore e dopo la stampa, mentre nel migliore dei casi è del 2%.

ECAM: progettazione di stampa 3D con intelligenza artificiale generativa

Il processo di stampa è controllato da un software proprietario basato su un algoritmo AI per modelli 3D. Il processo si compone di 5 passaggi:

• Il modello 3D viene tagliato strati.
• Il software con AI rileva e interpreta il modello 3D.
• Il rame viene iniettato attraverso la testina di stampa.
• Diverse centinaia di microelettrodi nella testina di stampa vengono attivati ​​per posizionare il rame.
• L’elettricità focalizzata su un campo specifico della piastra fredda deposita il rame con a precisione di 30 micrometri.
• Infine, l’intelligenza artificiale interpreta e analizza la deposizione ad ogni iniezione di rame in tempo reale, contribuendo a migliorare la qualità finale nella fase successiva.

Capito come funziona, cosa si può fare con una tecnologia così rivoluzionaria? Qual è lo schema migliore da seguire per migliorare il trasferimento e il flusso del calore in una piastra fredda? Bene, è una questione complessa che cambierà con il tempo e con i progetti, ma per ora Fabric8Labs assicura che il meglio che hanno provato è il cosiddetto giroideo anche conosciuto come struttura della tiroide.

Questo tipo di struttura è formata sulla base di proprietà di resistenza molto elevate e di un percorso del flusso altamente ottimizzato. Vengono comunemente raccontati strutture triplamente periodiche, Perché? Perché hanno tre funzioni che svolgono meglio di qualunque altro sia stato progettato.

Il primo è che possono essere usati come isolamento termico, qualcosa che non vogliamo qui. Il secondo è quello scambiano molto meglio il calorequalcosa che cerchiamo, mentre la terza è una proprietà curiosa, e non è altro che il migliore assorbimento energetico. Ogni progetto, a seconda di cosa si vuole cercare, sarà incentrato su uno di questi tre pilastri, dove Fabric8Labs ha ovviamente scelto il secondo punto.

ECAM con diverse aperture, è meglio?

Avendo ben chiaro cos’è un Gyroid, entra in gioco la seguente domanda: quale percentuale di apertura è consigliata tra ciascun Gyroid? I ragazzi di Fabric8Labs hanno testato due progetti incentrati su un processore: un’apertura del 50% e un’apertura dell’80%. La tabella in alto mostra lo spessore, la superficie per unità di volume e l’apertura dei disegni.

La precisione per raggiungere il 50% e l’80% è esatta. Se abbiamo mai stampato in 3D, sappiamo che esiste una tolleranza molto ampia e che l’iniezione del materiale non è un metallo in quanto tale.

Per questo motivo, per le percentuali citate, parlando di a 50,3% e 80,2% è una tolleranza minimaè un design quasi perfetto, quindi aggiunto al suo basso costo e alla “velocità” con cui può essere prodotta una piastra fredda, rendono ECAM il modo migliore per creare un sistema di refrigerazione nel mondo… Ma per quanto riguarda le prestazioni?

Per misurare le prestazioni, Fabric8Labs ha predisposto una serie di test su un circuito con un blocco che fungeva da stufa Di 10×10 mm che potrebbe riscaldarsi in mezzo 100W e 1000W. Cosa pensi che abbiano ottenuto entrambi i progetti ECAM rispetto ad una piastra fredda ad alette tradizionale?

Nella restrizione c’è la differenza e la prestazione

Se sai qualcosa di fluidodinamica e termodinamica applicata a piastre fredde, pompe e processori, saprai che esiste una linea sottile tra vincoli e prestazioni. Normalmente, maggiore è la restrizione, maggiore è la prestazione, perché i modelli riescono a scambiare meglio il calore tra l’acqua e il rame.

Ma tutto ha un limite e aziende come EKWB, Alphacool, Bitspower e molte altre ci hanno giocato un po’, dove più restrizioni significano meno flusso di output, il che riduce le prestazioni.

In altre parole, creando un sistema Jet con estremità molto restrittive (microcanali) si può ottenere una migliore temperatura della CPU, ma se si riduce troppo il flusso, il miglioramento non è tangibile, perché il flusso continua ad essere, e continuerà ad essere nel futuro, il concetto più importante in un sistema di raffreddamento ad acqua (e raffreddamento ad aria, wow). Commercio migliore, ma flusso molto inferiore, pessimo mix.

In altre parole, se non c’è un flusso elevato risultante e finale, non c’è prestazione termica, non importa quanta restrizione o pressione si voglia introdurre nel circuito per migliorare la temperatura. Per questo motivo le revisioni misurano sempre il flusso risultante all’uscita del blocco. Trovare l’equilibrio tra resistenza e flusso per ottenere le migliori prestazioni è la chiave. Tutto ciò di cui abbiamo appena discusso serve da introduzione a ciò che vedremo con i due progetti ECAM con apertura del 50% e dell’80%, quindi eccoci qui.

ECAM 50% vs ECAM 80%, chi è il migliore? Superano i finlandesi tradizionali?

I dati in alto mostrano la risposta. Il design all’80% è leggermente migliore rispetto alle alette tradizionali (microcanali) che usiamo oggi, ma il 50%… Questo ottiene un miglioramento del 35%., ma perché? L’intelligenza artificiale generativa mostra in 2D ciò che sta accadendo.

Come possiamo vedere, l’ingresso dell’acqua e la sua uscita mostrano che il sistema e il design al 50% favoriscono il flusso interno tra i microcanali 3D che sono stati creati.

Il design aperto all’80% non raggiunge una resistenza sufficiente ed espelle l’acqua troppo rapidamente, quindi si verifica un minore trasferimento di calore riducendo il tempo di contatto tra rame e acqua.

Insomma, un design come 50%, essendo molto più restrittivo, riesce a incrementare le prestazioni di percentuali che oggi sembrano fantascienza. Il 35% è far saltare in aria l’intero settore della refrigerazione liquida in un colpo soloè un nuovo concetto che tutti vorranno implementare, poiché i miglioramenti tra le generazioni attuali sono a una sola cifra e nella migliore delle ipotesi non superano il 5%.

conclusioni

Il design di ECAM è, per il momento, il meglio che sia stato creato dai microcanali e di gran lunga. Finora sono tutti vantaggi, quindi parliamone svantaggi questo dovrà essere risolto in futuro. Il primo è il incapacità di utilizzare metalli diversi. Al momento il rame è l’unico che ha dato buoni risultati, l’alluminio (per i dissipatori, ad esempio) è in arrivo, ma secondo l’azienda deve affrontare diversi ostacoli.

Il secondo e ultimo è velocità di stampa. Fabric8Labs garantisce che in questo momento stampi tra Da 1 mm a 2 mm all’ora in verticale e da 3 mm a 4 mm in orizzontale. Pertanto, aumentare queste velocità sarà fondamentale per ridurre ulteriormente i costi.

Per fare ciò, l’azienda ha avviato un nuovo progetto di ricerca e sviluppo e vuole costruire una struttura specifica nel 2024 a San Diego, in modo che, man mano che arriveranno più ordini o maggiori investimenti da joint venture, stanno valutando la possibilità di condividere le fabbriche per potenziare ulteriormente il settore I+D. .

Ovviamente sono anche alla ricerca di finanziamenti, quindi è più che probabile che molte società di progettazione di server per data center siano interessate alla tecnologia ECAM, poiché rappresenta un salto qualitativo e quantitativo nel segmento del raffreddamento a liquido per CPU e GPU.