Vysoká spotřeba a monstrózní chladiče: Vyřeší výrobci trable s chlazením? | Kapitola 3
Seznam kapitol
Žijeme ve vesmíru, který se řídí druhým termodynamickým zákonem, jenž v zásadě fandí chlazení a říká, že nakonec bude vše ochlazeno tak moc, jak to jenom bude možné. V podstatě stačí jenom dostatečně dlouho počkat – ale v tom je problém, protože počítače potřebujeme chladit velmi efektivně a rychle. A to často nezvládáme.
Dobře. Maximální teplotní limity Tjunction se u moderních čipů pohybují mezi 95–105 °C, což je teplotní limit, který se nesmí za provozu překročit. Podle odhadů můžeme očekávat, že notebookové verze RTX 4050 a 4060 budou mít TDP asi 85 wattů, 4070 a 4080 mezi 115 až 140 watty a nejvýkonnější 4090 až 200 wattů v boost režimu. Málo místa, velký tepelný výkon – a u desktopových verzí klidně dvojnásobek.
Takže kudy se bude ubírat dál vývoj? Když se podíváme na stránky mainstreamových výrobců, jako je Gigabyte, najdeme tam mimo klasického vzduchového chlazení a kapalinového chlazení také pokročilé chlazení určené pro servery – ponorové chlazení (immersion cooling). To je založeno na tom, že celý server je přímo ponořený do nevodivé chladicí kapaliny, která má maximální kontakt s horkými komponentami. Má podstatně vyšší kapacitu odběru ztrátového tepla, Gigabyte nabízí řešení s odběrem až 80 kW ztrátového výkonu.
Ponorové chlazení je dvojího typu, to jednodušší (single phase immersion cooling) se podobá klasickému vodnímu chlazení. Komponenty jsou ponořené do uzavřené nádrže s řízeným prouděním nevodivé chladicí kapaliny, která proudí skrze tepelný výměník, kde se předává primárnímu chladicímu systému – to může být vodní chlazení, nebo něco extrémnějšího, jako je kryogenické chlazení. Tento systém je rozdělený proto, že oddělení primárního a sekundárního chlazení zvyšuje flexibilitu implementace v dané serverovně.
Druhým typem je ponorové chlazení se změnou skupenství (two phase immersion cooling). Tento systém se podobá do značné míře výparníkové komoře: Server je ponořený v nevodivé kapalině, kterou ztrátové teplo přivádí do varu, vzniká pára a ta se ochlazuje ve výměníku sekundárním chlazením. U tohoto systému se využívá změna fáze nevodivé chladicí kapaliny, od toho „chlazení se změnou skupenství“. Tento systém opět dovoluje mít uzavřenou primární nádrž s komponentami a řešit flexibilně sekundární chladicí okruh.
Tento systém chlazení není překvapivě nový – pokročilé systémy chlazení navrhovalo IBM už v 50. a 60. letech, kdy spotřeba mainframe počítačů dosahovala stovky kilowattů. IBM zkoumalo spoustu řešení počínaje klasickou ventilací, vynucenou konvekcí, ponorovým chlazením, různými systémy kapalného chlazení a podobně.
IBM nakonec navrhlo tři generace chlazení TCM (Thermal Conduction Module), což byla varianta vodního chlazení v pouzdru, jenž mělo pole pístů, které byly v kontaktu s jednotlivými čipy a které se držely v atmosféře z hélia, jež je nevodivé a má lepší tepelnou vodivost než vzduch. Každý čip měl svůj individuální kontakt, což dovolovalo odebírat téměř 30 wattů ztrátového tepla z čipu a až 2700 wattů na celý chladicí modul, přičemž se zachovávala provozní teplota čipů pod 70 °C. Tento systém chlazení se používal u počítačů IBM řady 3081 (1980), ES/3090 (1984) a ES/9000 (1990).
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
