English
Español
Deutsch
Français
日本語
パイオニア・サーマルでは、要求の高いアプリケーション向けに高度なサーマルマネジメントソリューションを開発・製造しています。以下はAIサーバー、データセンター、高性能コンピューティング、パワーエレクトロニクス、通信、EV、産業用機器.
私たちが製造する技術の中で、ピンフィン構造を持つ液体冷却冷却板コンパクトな敷地を維持しつつ、高熱負荷を効果的に除去する方法を提供します。
しかし、エンジニアはいつ空冷ではなく液体冷却を選ぶべきでしょうか?そして、なぜピンフィン構造が冷間板をより効果的にするのでしょうか?
このガイドでは、水冷と空冷を比較し、その方法を説明しますピンフィンコールドプレートは熱伝達性能を向上させる.
水冷と空冷の違いは何ですか?
空気冷却は主に空気を熱伝達媒体として使用します。電子部品から発生する熱はヒートシンクに伝達され、通常はファンやブロワーの助けを借りて周囲の空気中に放散されます。
液体冷却は液体冷却材を使って熱源から熱を遠ざけます。液体は一般的に空気よりもはるかに高い熱伝導率と熱容量を持つため、液体冷却は同様の物理空間内ではるかに多くの熱を除去できます。
空冷
典型的な空冷熱ソリューションは以下の通りです:
• アルミニウムまたは銅製のヒートシンク
・ヒートパイプまたは蒸気室
・冷却フィン
・ファンまたはブロワー
・熱界面材料
空冷は比較的シンプルでコスト効率が高く、メンテナンスも容易なため魅力的です。
しかし、熱密度が上がると、空冷にはより大きなヒートシンク、より高い気流、またはより高速なファンが必要になることがあります。これによりシステムサイズ、音響ノイズ、エネルギー消費が増加します。
液冷
水冷システムには通常以下が含まれます:
・冷蔵板
・内部フローチャネルまたはピンフィン構造
・冷却材
・ポンプ
・チュービングまたはマニホールド
・ラジエーターまたは熱交換器
・熱界面材料
冷却板は熱発生部品に直接向かって設置されます。冷却液は内部構造を流れ、装置から熱を運びます。
高出力用途においては、この直接的な熱除去が従来の空冷に比べて大きな利点をもたらします。
なぜピンフィンのコールドプレートは違うのですか?
従来の液体冷板では、機械加工されたチャネルを使って冷却材を板内に誘導することがあります。ピンフィンコールドプレートさらに、冷却材の流れ経路内に小さなピンの密集アレイを導入することで、この概念を発展させています。
これらのピンは冷却材と冷蔵板との接触面積を増やしつつ、液体の流れを妨げます。
その結果、熱源、冷場板、冷却材間の熱伝達が強まります。
簡単に言うと:
より効果的な表面積+制御された流体乱流=熱伝達の改善.
これにより、熱負荷が高く設置スペースが限られている場合にピンフィン構造が特に有用です。
ピンフィン構造が熱性能を向上させる方法
1. 熱伝達表面積の増加
ピンフィン構造の主な利点は、その大きな有効表面積です。
比較的平らな内部チャネルに頼る代わりに、数百から数千の小さなピンが冷却材と相互作用することが可能です。
これにより熱交換のための表面積が増え、冷蔵板がコンパクトな空間からより多くの熱を除去できるようになります。
高密度電子システムにとっては非常に価値があります。
2. 冷却材乱流の改善
層流冷却材の流れは、冷間板表面に最も近い流体が他の冷却材と効率的に混ざり合わないため、熱伝達を制限することがあります。
ピンフィンは流れを乱し、さらなる混合を引き起こします。
この乱流は熱境界層の影響を減らし、冷却材と金属表面間の熱伝達を促進します。
しかし、乱流の増加は追加の圧力損失も生じさせます。
そのため、ピンの形状、間隔、高さ、冷却材の速度、流量分布は慎重に最適化されなければなりません。
パイオニア・サーマルでは、熱伝達だけでなく、熱性能と油圧性能を一体と組み合わせて考慮しています。
3. 熱抵抗の低下
熱抵抗は冷間板を評価する際の最も重要な指標の一つです。
熱抵抗が低いことで、電子部品から冷却材への熱をより効率的に移動できます。
適切に設計されたピンフィン冷板は、以下の組み合わせによって熱抵抗を低減できます:
• 高い有効表面積
・冷却材混合の改善
・短い熱経路
・最適化された材料選択
• 均一な冷却材分布
最終的な性能は、ピン構造だけでなくシステム全体の設計に依存します。
4. 高熱フラックス用途に適した冷却性能の向上
現代のAIアクセラレーターやGPUは、比較的小さなパッケージ領域内で非常に高い熱フラックスを発生させることができます。
これにより、熱管理の課題が難しくなっています。
大型の空冷ヒートシンクは、ヒートシンクのサイズを大きくしても冷却性能が必ずしも比例して向上するわけではないため、実用的とは言えない場合があります。
液冷は冷却液を熱源にかなり近づけます。
ピンフィン式コールドプレートは、冷却材と冷却板の相互作用をさらに改善し、高い熱密度とコンパクトな寸法が設計要件となる用途に適しています。
AIサーバーやデータセンター向けのピンフィンコールドプレート
人工知能の急速な発展により、データセンター冷却の要件は変化しています。
AIサーバーは高性能なGPU、CPU、アクセラレータ、ネットワークコンポーネントを使用しており、多くの従来のコンピューティングシステムよりもはるかに多くの熱を発生させます。
空冷は低消費電力の部品にも依然として有効ですが、高密度AIインフラはより効率的な熱ソリューションを必要としています。
直通チップ液冷
最も有望なアプローチの一つが、直接チップ液冷です。
このアーキテクチャでは、コールドプレートがプロセッサまたはアクセラレータに直接取り付けられます。
冷却材は冷蔵板で熱を吸収し、熱交換器や冷却分配システムへ輸送します。
ピンフィンコールドプレートは、チップと冷却材の間にコンパクトで高性能なインターフェースを提供します。
パイオニア・サーマルでは、以下のバランスを取ったコールドプレート設計に注力しています:
熱性能+圧力降下+信頼性+製造性+コスト.
このバランスは商用AIサーバーアプリケーションにとって不可欠です。
液冷と空冷:実用的な比較
| 特徴 | 空冷 | 液冷 | ピンフィン液体冷蔵板 |
| 熱伝達能力 | 中程度 | ハイ | とても高い |
| 高熱密度 | 限定 | 素晴らしい | 素晴らしい |
| システム複雑さ | 低め | 高く | 高く |
| 空間効率 | 中程度 | ハイ | とても高い |
| ノイズ | もっと高くなることもあります | 一般的にデバイスレベルでは低いです | 一般的にデバイスレベルでは低いです |
| 冷却能力 | 低〜中負荷に適しています | 高負荷に適している | 高熱流束用に設計されています |
| 圧力降下 | 該当なし | デザインによります | 最適化が必要 |
| 典型的な応用例 | PC、産業用電子機器 | サーバー、EV、パワーエレクトロニクス | AIサーバー、GPU、HPC、パワーエレクトロニクス |
銅とアルミニウムピンフィンコールドプレートの比較
材料の選択は冷間板の性能に重要な役割を果たします。
銅製冷板
銅は優れた熱伝導性を持ち、熱流束の多い用途で選ばれます。
銅製コールドプレートは特に以下の場合に魅力的です:
・AIアクセラレーター
・高性能GPU
・パワーエレクトロニクス
・レーザーシステム
・高出力半導体デバイス
主な欠点は、アルミニウムに比べて材料コストが高く、重量が重くなることです。
アルミニウムコールドプレート
アルミニウムは以下の強力な組み合わせを提供します:
・軽量
・良好な熱伝導率
・適切に設計された場合の耐腐食性
・材料費の低減
• 優れた製造性
アルミニウムは重量、コスト、スケール性が重要な場合に広く使われています。
最適な材料は、単に熱伝導率の高い材料を選ぶのではなく、用途によって異なります。
ピンフィンコールドプレートの性能を決定する要因は何でしょうか?
ピンフィンコールドプレートは、単にピンで満たされたプレートではありません。その性能は複数の設計パラメータに依存します。
ピン径
ピンを小さくするとピンの数や有効表面積は増えますが、圧力降下や製造の難易度が増す可能性があります。
ピンの高さ
ピンの高さを増やすことで熱伝達面積は増加しますが、利用可能な流れ経路や圧力要件も考慮する必要があります。
ピン密度
ピン密度が高いと熱伝達は改善されますが、冷却液の流れを制限する可能性があります。
ピン形状
一般的な構造には以下のようなものがあります:
• 円筒形のピン
・四角いピン
・楕円ピン
・オフセットピン
• スタッガードピンアレイ
異なるジオメトリは熱伝達や圧力損失の組み合わせを生み出します。
冷却材流量
流量が高いほど一般的に熱の除去が改善されますが、ポンプの出力や圧力損失も増加します。
したがって、単に冷却液の流量を増やすだけでは必ずしも最良の解決策とは限りません。
流量分布
均一な冷却水分布が非常に重要です。
一部の地域に過剰な冷却液が供給され、他の地域では流量が不足すると、局所的なホットスポットが発生することがあります。
高出力チップの場合、流量分布は総流量と同じくらい重要になり得ます.
ピンフィンコールドプレート設計:熱性能は物語の半分に過ぎません
冷間板開発におけるよくある誤りの一つは、熱抵抗だけに焦点を当てることです。
冷流板は完全な流体および熱システムとして評価されるべきです。
例えば、非常に高密度のピンアレイは優れた熱伝達を実現しますが、過剰な圧力損失を生じさせることがあります。
これにより、より大きなポンプが必要となり、システムのエネルギー消費が増加します。
パイオニア・サーマルでは、いくつかのパラメータを同時に考慮しています。
冷却材→熱負荷→流量→圧力降下→温度の均一性→機械構造→製造プロセス→信頼性
目標は単に可能な限り低い熱抵抗を達成することではありません。
目標はバランスの取れた製造可能な冷却ソリューション.
ピンフィンコールドプレートの製造
コールドプレート製造技術は熱性能と信頼性に直接影響します。
用途によっては異なる製造方法が検討されることがあります。
CNC加工
CNC加工は精密な内部構造を製造でき、試作機や小規模生産、複雑な設計に適しています。
スキビングまたは専門的なフィン製造
専門的なフィン成形技術により、高密度構造を作り出しつつ、良好な熱性能を保つことができます。
真空ろう付け
真空ろう付けは、複数の銅またはアルミニウム部品を密閉されたコールドプレートに結合しつつ、クリーンな内部流路を保つことができます。
摩擦攪拌溶接
特定のアルミニウム冷間板設計では、摩擦攪拌溶接により従来の融解工程を使わずに強固で信頼性の高い接合部が得られます。
付加製造
高度な付加製造は、従来のプロセスでは製造が難しい複雑な内部冷却構造を作り出すことができます。
適切なプロセスは生産量、材料、形状、性能要件、目標コストによって異なります。
パワーエレクトロニクス用のピンフィンコールドプレート
液冷はAIコンピューティングに限られません。
ピンフィンコールドプレートは、電力エレクトロニクスや電化にもますます重要になっています。
潜在的な応用例は以下の通りです:
・EVパワーエレクトロニクス
・IGBTモジュール
• SiCパワーモジュール
・インバーター
• DC/DCコンバータ
・産業用電源
・再生可能エネルギーシステム
・レーザー機器
・通信機器
SiCやその他のワイドバンドギャップ半導体技術がより高い出力密度と動作温度を可能にするにつれ、熱管理の重要性はますます高まっています。
適切に設計されたコールドプレートは、部品の温度を必要な動作範囲内に保つのに役立ちます。
水冷を空冷より選ぶべきはいつですか?
普遍的な答えはありません。
以下の場合、空冷の方が依然として優れている場合があります:
・熱負荷が比較的低い
・システムコストを最小限に抑える必要があります
・メンテナンスの簡便さが重要です
・より大きなヒートシンクを設置できるスペース
・既存の気流インフラが十分であること
液体冷却がより魅力的になるのは、以下の場合です:
・熱密度が高い
・部品温度の制御が難しい
・スペースが限られている
・音響ノイズの低減が必要です
・高性能GPUやCPUが使用されます
・直接チップ冷却が必要です
熱負荷は今後の世代で増加すると予想されます
極めて高い熱流束用途では、ピンフィン液冷板部品から熱を効率的に移動させる経路を提供します。
なぜパイオニア・サーマルと仕事をするのか?
パイオニア・サーマルでは、熱管理は単にヒートシンクやコールドプレートを選ぶことだけではないと理解しています。
申請ごとに要件は異なります。
私たちのエンジニアリングアプローチは、顧客の実際の運用条件から始まります。以下は以下の通りです。
・熱負荷
・部品寸法
• 冷却材タイプ
・冷却水温度
・流量
・最大圧力降下
・利用可能な設置スペース
・材料要件
・生産量
・信頼性目標
これらのパラメータに基づき、要求の高い用途に合わせたカスタマイズされた熱ソリューションを開発できます。
私たちの能力はカバーしています液体冷却板、ピンフィン冷却板、アルミニウムヒートシンク、銅ヒートシンク、ヒートパイプ、蒸気チャンバー、その他の熱管理部品.
試作機開発から量産まで、性能、信頼性、製造可能性を兼ね備えた実用的な熱ソリューションを提供することを目指しています。
熱管理の未来は、より高い熱密度へと向かっています
AI、HPC、EV、再生可能エネルギー、先進的なパワーエレクトロニクスの技術が高性能サーマルマネジメントの需要を高めています。
空冷は多くの用途で重要な技術であり続けますが、すべての高熱密度の課題に効率的に対応することはできません。
液体冷却はよりスケール可能なアプローチを提供し、ピンフィン冷却板はコンパクトなパッケージ内で熱伝達を増やす効果的な方法を提供します。
重要なのは単に空気よりも液体を選ぶことではありません。
本当のエンジニアリング課題は、熱抵抗、圧力損失、冷却液流量、サイズ、信頼性、製造コスト、長期性能のバランスを取った冷却ソリューションを設計することです。
そこで高度なコールドプレート工学が不可欠になります。
パイオニア・サーマルでは、AIコンピューティング、データセンター、パワーエレクトロニクス、EV、通信、その他の高性能アプリケーション向けの次世代の熱管理ソリューションの開発を支援することにコミットしています。
よくある質問
ピンフィンコールドプレートとは何ですか?
ピンフィンコールドプレートは、内部冷却液の流れ経路内に小さなピンの配列を含む液体冷却装置です。ピンは有効熱伝達面積を増やし、冷却液の流れを妨げることで熱伝達性能を向上させます。
ピンフィンコールドプレートは従来のコールドプレートより優れているのでしょうか?
すべての用途でそうとは限りません。ピンフィン構造は特に高熱流束用途において優れた熱伝達性能を提供しますが、圧力損失を増加させることもあります。最適な設計は、必要な熱性能および油圧性能に依存します。
銅製とアルミニウム製の冷却プレート、どちらが良いのでしょうか?
銅は一般的に熱伝導率が高く、アルミニウムは軽量でコストが低く、製造しやすいです。最適な教材は用途やシステムの要件によって異なります。
ピンフィンコールドプレートはAIサーバーに使えますか?
はい。ピンフィンコールドプレートは、高熱密度でスペースが限られる高性能プロセッサ、GPU、AIアクセラレータ向けの直通チップ液冷に適しています。
パイオニア・サーマルはコールドプレートをカスタマイズできますか?
はい。パイオニア・サーマルは、熱負荷、部品寸法、冷却材、流量、圧力損失、材料、設置要件、生産量に基づいてカスタマイズされた熱ソリューションを開発可能です。
結論
従来の空冷から液体冷への移行は、一つの根本的な傾向によって推進されています。それは熱密度の向上です。
AIプロセッサ、GPU、EVパワーエレクトロニクス、高性能半導体デバイスがますます高性能になる中で、熱ソリューションはシステムサイズを継続的に拡大することなく効率化しなければなりません。
ピンフィンコールドプレートは、コンパクトなサイズ、高い表面積、そして強化された冷却材相互作用という強力な組み合わせを提供し、高度な液体冷却用途に魅力的なソリューションとなっています。
信頼できるピンフィンコールドプレートメーカーやカスタム液冷ソリューションを求める企業に対し、パイオニア・サーマルは熱工学の専門知識と製造能力を組み合わせ、今日の最も要求の高い用途に対応できる冷却製品を開発しています。
+86-152 2030 1231
メール