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、加密货币挖掘或边缘计算等其他应用也迅速（并且从根本上）提高了数据中心内部的工作负载需求和温度。同样，随着半导体变得越来越小，晶体管密度越来越高，在如此紧凑的区域中会很快产生热量。
总体而言，服务器承担着从未经历过的处理负担，而这种前所未有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 年里翻了两番，预计今年将超过 750 W。这种成本高昂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生命周期缩短或出现故障，更不用说引起数据中心安全问题，而且非常肯定的是，与保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，部分原因是与 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 处理工艺需要更多的功率，因此，为了加快这种转型，许多本地数据中心正在转向高密度机架解决方案，这些解决方案需要更多功率，并且以通常无法处理的水平散发热量。
为了实现高效的“AI 冷却”或解决数据中心的其他高能效问题，需要战略性的热管理解决方案。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。
防止数据中心过热而造成热损伤
为了减少热损伤并防止代价高昂的停机，规划和管理热分布从未像现在这样重要。通常，在高需求的数据中心环境中，可以采用两种主要方法来减少热损耗或消除多余的热量。
1. 浸没（或空气制冷）：昂贵、复杂且具有环境挑战性
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，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”）就像其名称一样：它使用冷板直接从 GPU 等高能芯片中提取热量。
与使用冷凝器消除热量的家用冰箱类似，冷板冷却通过将热量从组件传递到冷却剂来消散 GPU 的热活动。冷板本身能够最大限度提高传热效率。
技术人员使用红外成像来呈现服务器堆栈中的热量积聚。
但是，是什么让冷板冷却更加成功呢？ 这要归结为更高的热导率。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要高得多，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 |
跨行业的热安全网
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制造工艺，制造反应烧结硅/碳化硅产品。通过净成型、绿色加工和/或预成型连接可以制造非常复杂的形状。形状功能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，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）的比值进行定制。
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
金刚石具有所有材料中最高的导热率，至少比铜（最常用的传热金属）高四倍。CVD（或化学气相沉积）金刚石可以有效散热并防止电子设备（例如高功率集成电路）过热，从而延长设备寿命、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膨胀或收缩太多。这种材料支持较宽的光传输范围（紫外到长红外）、热膨胀系数低、抗热震性高，非常适合数据通信、电信、半导体制造和生命科学仪器等应用领域。
单晶碳化硅：热导率高，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、更好的散热性以及更高的带宽能力。而就热导率而言，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。由于碳化硅比硅能够更有效地散热，因此它降低了总体冷却需求，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（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）广泛的出色材料。
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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