Исследователи из Института металлургических исследований Китайской академии наук разработали новую технологию изготовления тепловых трубок, основанную на электрохимической 3D-печати. Эта разработка решает критическую проблему в области высокопроизводительного охлаждения чипов.
Ученые смогли создать микротепловые трубки в форме Омега (Ω) с градиентной пористой структуры капилляра. Это было невозможно сделать ранее. Новая технология позволяет удвоить теплоотвод по сравнению с традиционными тепловыми трубками с канавками, а также достигает вдвое большей капиллярной силы по сравнению с обычными капиллярами из спеченного медного порошка.
Форма Омега, напоминающая греческую букву Ω, давно признана идеальным поперечным сечением для тепловых трубок следующего поколения. Ее изогнутая структура обеспечивает более сильное капиллярное всасывание, увеличивает внутреннюю площадь поверхности и способствует идеальному разделению жидкости и пара, что теоретически позволяет достичь теплопроводности в 1000 раз выше, чем у чистого меди.
Однако узкая внутренняя полость Омега-каналов делала невозможным формирование градиентных пористых структур капилляра при использовании традиционного спекания порошка или механической обработки, что долгое время вызывало трудности в отрасли.
Команда погружает медные трубки в раствор медного соли с использованием гальваники. При этом атомы меди наращиваются слой за слоем, а ток и время контролируются для формирования непрерывной градиентной пористой структуры — от нанометров у основания до микрометров наверху. Этот процесс схож с ростом кораллового рифа: нанопоры создают капиллярное всасывание, а микропоры снижают сопротивление потоку.
Полученный градиентный капилляр обеспечивает капиллярное всасывание, вдвое превышающее показатели традиционных структур из спеченного медного порошка. Это означает, что скорость возврата жидкости удваивается, а риск перегрева и высыхания значительно снижается. Тепловые трубки, оснащенные этим новым капилляром, демонстрируют вдвое большую теплоотводящую способность одной трубки по сравнению с традиционными трубками со строгой канавкой. Процесс полностью исключает вторичную сборку, интегрируя градиентный капилляр и Омега-канал за один этап, тем самым устраняя проблемы структурного несоответствия и межфазного термического сопротивления, присущие традиционным методам спекания или заполнения. В промышленном сотрудничестве участвовала компания Jiangxi Naile Copper Industry Co.
Этот прорыв помогает решить проблему теплового кризиса в сфере ИИ-вычислений. Поскольку требования к мощности ГПУ растут, а размеры корпусов уменьшаются, тепловая трубка с Омега-каналом и градиентным капилляром открывает путь к управлению теплом уровня стойки мощностью свыше 300 кВт, используя существующую производственную инфраструктуру, что расширяет пространство для проектирования по мере неуклонного роста плотности вычислений ИИ.
