AI 最近很受关注。但这不仅仅是餐桌上的热门话题 —— 它也让数据中心的升温问题逐渐受到关注。幸运的是，Coherent 高意提供一系列创新的热管理解决方案，可确保高工作负载数据中心高效运行。
云计算、游戏图形需求、加密货币挖矿或边缘计算等其他应用也迅速（且从根本上）提高了数据中心内部的工作负载需求和温度。同样，随着半导体器件日益微型化、晶体管密度不断提升，在如此紧凑的空间内会迅速产生热量。
总体而言，服务器正承受着前所未有的处理负担，而这种空前的能源需求迅速增加了数据中心过热的风险。事实上，每台服务器的热设计功耗 (TDP) 在过去 17 年间增长了四倍，预计今年将超过 750 瓦。这种高成本的累积工作负载需求不仅降低了全球数据中心的能源效率，还会对性能和可靠性产生不利影响。过热引起的热损伤问题可能会导致关键服务器组件的使用寿命缩短或发生故障，更不用说引发数据中心安全问题，而且可以肯定的是，与维持数据中心平稳运行相关的成本也会增加。
现代数据中心的要求更高
GPU 计算是训练大规模 AI 模型的核心，部分原因在于与 CPU 计算相比，GPU 计算可能需要数千个额外的处理核心。由于当今的数据中心比过去所需的传统 CPU 处理工艺消耗更多电力，因此，为了加速这一转型，许多本地数据中心正在转向高密度机架解决方案，这些解决方案不仅需要更大的电力，还会产生通常难以处理的热量。
为了实现高效的“AI 冷却”或解决数据中心中的其他高能效问题，需要制定战略性的热管理方案。消除多余热量或散热的过程对于性能和组件寿命至关重要。
防止数据中心过热导致热损伤
为了减少热损伤并避免代价高昂的停机，规划和管理热分布从未像现在这样重要。通常，在需求量大的数据中心环境中，主要有两种方法可以减少热损耗或消除多余的热量。
1. 浸没（或空气冷却）：成本高昂、工艺复杂且存在环境挑战
这种宏观冷却（非直接冷却芯片）方法需要通过高对流空气（顶层）或完全液体浸没（底层）来冷却机板和服务器机架组件。这增加了解决方案的成本。
2. 冷板冷却（直接冷却芯片）：最大限度提高传热效率，且耐腐蚀。
Coherent 高意推荐高导热材料微冷却解决方案，该解决方案使用物理冷板技术直接从 GPU 等高能芯片中提取热量。
冷板材料的优点
从功能上讲，冷板冷却（也称为直接冷却芯片，简称“微冷却”）正如其名：它利用冷板直接从 GPU 等高功耗芯片中导出热量。
与利用冷凝器散热的家用冰箱类似，冷板冷却技术通过将组件产生的热量传递给冷却剂，从而带走 GPU 的热量。冷板本身能够最大限度地提高传热效率。
技术人员利用红外成像技术来显示服务器机架中的热量积聚。
但是，是什么让冷板冷却更加成功呢？这要归功于更高的热导率。客观地说，像铜这样的导体的导热系数约为 400 W/mK，而像多晶CVD 金刚石这样的材料的导热系数则高得多，几乎是铜的四倍。
材料 |
热导率 (W/mK) |
铜 |
约 400 |
Coherent 高意陶瓷 + 金刚石（SiSiC/70% 金刚石） |
约 670 |
Coherent 高意多晶 CVD 金刚石 |
约 1500 |
跨行业的防坠网
在 Coherent 高意，我们致力于解决数据中心的散热问题，尤其是那些由于 AI 的普及而运行过热的数据中心。我们还对解决从半导体到电动汽车再到神经科学等一系列其他应用中的热管理问题感兴趣。
在硬件层面，热管理解决方案利用工具和技术来高效地确保系统在其工作温度范围内可靠运行。Coherent 高意的热管理材料和系统不仅涵盖半导体设备等微电子领域，还涉及材料加工、汽车、航空航天与国防、数据通信和电信，以及生命科学等广泛的市场和应用。
在多个终端市场中，差异化的工程材料和器件应用随处可见：
Coherent 高意是创新工程材料和热管理子系统领域的全球领导者之一，可提供量身定制的战略性材料解决方案。
我们全球领先的广泛创新热管理应用包括：
反应烧结硅/碳化硅
Coherent 高意提供多种反应烧结硅/碳化硅配方，以满足包括热管理应用在内的广泛设计要求和产品应用需求。我们向热管理市场提供的一些反应烧结配方具有高导热性，CTE 与 AlN 或 Si3N4 相匹配。通过在硅/碳化硅材料中添加金刚石，Coherent 高意可以为热关键应用提供超高导热率。
此外，还可以通过近成形和近净成形工艺制造反应烧结硅/碳化硅产品。通过净成形、绿色加工和/或预成型连接，可以制造出非常复杂的形状。这些形状设计支持广泛的产品功能，包括带肋片元件和内部微冷却通道。这使我们能够满足一些具有挑战性的应用要求。
金属基复合材料
碳化硅颗粒增强铝（Al/SiC）MMC 为热管理应用提供了独特的优势。由于铝和碳化硅具有低密度和高导热性，因此将这两种材料结合起来可以保持这些重要的材料特性。同时，热膨胀系数（CTE）可以根据复合材料中碳化硅（CTE 为 3 ppm/K）与铝（CTE 为 23 ppm/K）的比例进行定制。
可以通过近成形和近净成形工艺制造MMC 产品。它完全可加工，包括可直接攻丝。这些材料也与标准电镀工艺兼容。其机械稳定性和热稳定性相对于传统金属大大增强。而且它比陶瓷更结实，不易碎。此外，Coherent 高意还拥有受专利保护的 MMC 产品制造工艺，这使我们能够满足客户的特定应用要求。
CVD 金刚石
金刚石的导热率在所有材料中最高，至少是铜（最常用的传热金属）的四倍。CVD（即化学气相沉积）金刚石能够有效散热，防止电子设备（例如大功率集成电路）过热，从而延长设备使用寿命、减少设备占地面积，并提高效率和性能。
CVD 金刚石的热膨胀系数较低，这意味着它在加热或冷却时不会发生显著的膨胀或收缩。这种材料具有较宽的光传输范围（从紫外线到长波红外线）、低热膨胀系数以及高抗热震性，非常适合应用于数据通信、电信、半导体制造和生命科学仪器等领域。
单晶碳化硅：导热率高，应用广泛
基于碳化硅的电子器件的主要优势包括更低的开关损耗、更高的功率密度、更好的散热性能以及更高的带宽能力。就热导率而言，单晶碳化硅的热导率约为 490 W/mK，比硅的热导率（150 W/mK） 高出三倍多。由于碳化硅比硅能更有效地散热，因此它降低了整体冷却需求，并随着时间的推移提高了设备的可靠性和性能。
单晶碳化硅具有良好的化学稳定性、高饱和电子漂移速度和高导热性，是一种应用范围广泛（包括但不限于光电学、微波器件、数据通信、电信、半导体制造、电动汽车（EV）以及生命科学仪器）的优质材料。
为什么选择 Coherent 高意：高性能、可靠性和协作能力
Coherent 高意可以提供跨不同平台的高性能可靠解决方案。您将受益于我们受专利保护的流程以及根据您的数据中心散热需求量身定制的解决方案。
Coherent 高意与各种规模的团队合作，帮助在数据中心环境内外提供值得信赖、灵活的定制解决方案和功能。在许多行业应用中，高效、有效的热管理解决方案可节省成本、缩短停机时间并最大限度延长组件生命周期。
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