데이터센터 열제어 혁신-mTIM(마이크로 열 인터페이스 재료)

더운 날 차가운 수영장에 뛰어든 사람은 수냉식의 효과를 이해합니다. 이것은 확실히 새로운 개념이 아닙니다.

 업계 최초의 액체 냉각 사례 중 하나인 자동차 라디에이터는 거의 125년 동안 존재해 왔습니다. 

다른 온도 감소 방법 중에서 액체 냉각을 사용하는 것은 서버, 고성능 프로세서 및 수많은 전자 장비에서 

제어되지 않는 열이 심각한 문제를 일으킬 수 있는 데이터 센터에서도 새로운 아이디어가 아닙니다. 

데이터 센터 액체 냉각 응용 프로그램은 특정 고열 시스템으로 상대적으로 제한되었지만 

새로운 서버 구성의 컴퓨팅 집약적 및 데이터 집약적 워크로드는 계속해서 온도를 높이게 하여 보다 광범위하게 적용되는 액체 열 관리 접근 방식에 더 많은 관심을 두게됩니다.

데이터 센터의 물리적 설계는 열 감소를 우선시합니다. 

전자 시스템의 경우 고온이 성능을 저하시키고 잠재적인 시스템 파괴자이기 때문입니다. 데이터 센터의 절대 환경 온도 한계는 화씨 82°이지만 

일부 업계 권장 사항에 따르면 이상적인 온도 범위는 화씨 73° - 75° 사이여야 합니다. 

상상할 수 있듯이 많은 공기가 필요합니다. 

전력망의 상당한 소모는 말할 것도 없고 컨디셔닝 비용. 

따라서 서버 시스템(및 기타 전자 장치)이 온도에 대해 최대한 제어되도록 하는 것은 데이터의 중단 없는 저장 및 처리뿐만 아니라 보다 에너지 효율적이고 저렴한 운영에도 중요합니다.

능동 공기 냉각(에어컨, 팬 등) 및 공기 흐름을 최대화하는 이중 바닥과 같은 최적화된 구조 설계 외에도 전자 시스템(특히 서버 랙에서)을 

내부에서 외부로 냉각하는 것도 똑같이 중요합니다. 

고밀도 서버 전자 장치 내에서 열 인터페이스 재료(TIM), 방열판 및 액체 냉각 시스템을 사용하는 것이 애플리케이션 내 온도 감소를 달성하는 주요 방법입니다. 

이러한 모든 접근 방식에 대해 AI, 데이터마이닝 및 분석이 주도하는 데이터 볼륨과 속도가 점점 더 강력해지고 더 뜨거워짐에 따라 대규모 혁신이 진행 중입니다.

흐름에 따라 더 빠르게

데이터 센터의 액체 냉각은 PCB/모듈 사이의 냉각 플레이트 

또는 섀시에 부착된 냉각 파이프에서 전체 랙을 잠기는 완전 침수 냉각 시스템에 이르기까지 다양한 형태를 취합니다. 

아이디어는 비교적 간단합니다. 

액체 냉각제(물 또는 유전체 냉각제)는 고성능 컴퓨팅 칩의 열 수집 장치 역할을 하는 금속 인터페이스를 냉각하는 파이프 또는 기타 구조를 통해 순환합니다. 

침지 냉각의 경우 구성 요소가 탱크에 완전히 잠겨 구성 요소에 해를 끼치지 않는 유전체 냉각제가 순환하여 시스템 작동 열을 줄입니다. 

서버 보드/랙용 냉각 플레이트 및 침수 냉각은 데이터 센터의 일부 영역에서만 사용되었지만 

이 온도 제어 방법은 데이터 볼륨과 집약도가 계속 증가함에 따라 2022년부터 2028년까지 CAGR이 20% 증가할 것으로 예상됩니다

 데이터 센터 운영자는 열 감소를 통해 성능 최적화를 관리할 뿐만 아니라 보다 지속 가능하고 에너지 효율적인 데이터 공장을 보장해야 합니다. 

전력 밀도가 높을 때 공기 냉각이 달성할 수 있는 것은 매우 많습니다. 

액체 냉각은 온도 감소 방정식을 증폭시키며 매우 효과적인 재순환된(즉, 폐기물 감소) 물 또는 냉각수로 그렇게 합니다. 

이렇게 하면 전력 소모가 크게 줄어듭니다. 문제는 액체 냉각의 긍정적인 효과가 훨씬 더 커질 수 있다는 것입니다.

과거에는 부품과 금속 액체 냉각 파이프/플레이트/섀시 사이에 TIM을 사용하여 액체 냉각 시스템의 방열을 더욱 개선하려는 시도가 있었습니다.

이것은 금속 대 금속 접점 사이의 열 분산을 가속화합니다. 이 아이디어는 장점이 있습니다. 

불행히도 패드, 접착제, 젤 및 액체 형태로 제공되는 열 인터페이스 재료는 응용 분야에 적합하지 않거나 하우징에 삽입할 수 있는 구성 요소에 의해 종종 유발되는 마찰(패드 및 접착제)을 견딜 수 없습니다. 또는 PCB가 분할된 수냉식 플레이트 구조에 삽입되기도 하지만 재료가 밀려나거나 긁혀서 본질적으로 비효율적입니다.

 그러나 최근의 TIM 혁신은 액체냉각 개선의 가능성을 보여주고 있습니다. 

트랜시버 POM(플러그형 광 모듈)에 대한 주목할 만한 열 감소를 제공하는 것으로 입증되었으며, 

초박형 레이어에 적용된 내구성 있는 mTIM(마이크로 열 인터페이스 재료)은 

금속 대 금속보다 우수한 열 전도성 인터페이스를 제공하여 열 분산을 가속화합니다. 

현재 데이터 센터의 OSFP 400GbE POM에 사용되고 있으며 

이 솔루션은 금속 간 인터페이스에 비해 상당한 온도 감소를 입증했습니다. 

POM별 열 감소의 집합적 효과(하나의 라인 카드는 최대 32개의 POM을 포함할 수 있음)는 훨씬 더 중요합니다. 

파이프 및 침지 액체 냉각 설계 모두에서 mTIM의 성능에 대한 조사는 초기 단계이지만 내구성 코팅의 특성 및 속성은 액체 냉각 구조에 상당한 냉각 가속을 제공할 수 있음을 시사합니다. 이 소재는 여러 금속과 호환되며 25 µm(+/- 5 µm)의 초박형이며 내구성이 뛰어납니다

 데이터 센터 서버 랙이 더 뜨거워지고 가장 효과적인 액체 냉각 솔루션조차도 한계에 도달함에 따라 mTIM과 같은 열 제어 혁신은 더욱 지속 가능한 고성능 운영을 가능하게 하는 고려 사항이 될 수 있습니다