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Chez Pioneer Thermal, nous développons et fabriquons des solutions avancées de gestion thermique pour des applications exigeantes, notammentServeurs d’IA, centres de données, informatique haute performance, électronique de puissance, télécommunications, véhicules électriques et équipements industriels.
Parmi les technologies que nous fabriquons,Plaques froides refroidissantes liquide avec structures à ailettes en goupilleOffrir un moyen efficace d’éliminer les charges thermiques élevées tout en maintenant une empreinte compacte.
Mais à quel moment les ingénieurs devraient-ils choisir le refroidissement liquide plutôt que le refroidissement par air ? Et pourquoi une structure à ailerette en goupille peut-elle rendre une plaque froide plus efficace ?
Ce guide compare le refroidissement liquide et le refroidissement par air et explique commentLes plaques froides à ailettes à broches améliorent la performance de transfert de chaleur.
Refroidissement liquide vs. refroidissement par air : quelle est la différence ?
Le refroidissement par air utilise l’air comme principal moyen de transfert de chaleur. La chaleur générée par un composant électronique est transférée à un dissipateur thermique puis dissipée dans l’air environnant, généralement à l’aide d’un ventilateur ou d’un ventilateur.
Le refroidissement liquide utilise un liquide pour transporter la chaleur loin de la source de chaleur. Parce que les liquides ont généralement une conductivité thermique et une capacité thermique bien plus élevées que l’air, le refroidissement liquide peut éliminer beaucoup plus de chaleur dans un espace physique similaire.
Refroidissement par air
Une solution thermique refroidie par air typique se compose de :
• Dissipateur thermique en aluminium ou cuivre
• Conduites thermiques ou chambres à vapeur
• Ailettes de refroidissement
• Ventilateur ou souffleur
• Matériau d’interface thermique
Le refroidissement par air est attrayant car il est relativement simple, économique et facile à entretenir.
Cependant, à mesure que la densité thermique augmente, le refroidissement par air peut nécessiter des dissipateurs plus grands, un débit d’air plus élevé ou des ventilateurs plus rapides. Cela peut augmenter la taille du système, le bruit acoustique et la consommation d’énergie.
Refroidissement liquide
Un système de refroidissement liquide comprend généralement :
• Plaque froide
• Canaux d’écoulement internes ou structures à ailettes en goupille
• Liquide de refroidissement
• Pompe
• Tubulure ou collecteur
• Radiateur ou échangeur de chaleur
• Matériau d’interface thermique
La plaque froide est installée directement contre le composant générateur de chaleur. Le liquide de refroidissement circule à travers la structure interne et transporte la chaleur loin de l’appareil.
Pour les applications à haute puissance, cette élimination directe de la chaleur peut offrir un avantage significatif par rapport au refroidissement par air conventionnel.
Pourquoi les plaques froides à ailettes à épingles sont-elles différentes ?
Une plaque froide liquide conventionnelle peut utiliser des canaux usinés pour guider le liquide de refroidissement à travers la plaque.Une plaque froide à ailerette à goupilleIl pousse le concept plus loin en introduisant un ensemble dense de petites broches à l’intérieur du chemin de l’écoulement du liquide de refroidissement.
Ces broches augmentent la surface de contact entre le liquide de refroidissement et la plaque froide tout en perturbant le flux du liquide.
Le résultat est un transfert de chaleur plus fort entre la source de chaleur, la plaque froide et le liquide de refroidissement.
En termes simples :
Surface plus efficace + turbulence du fluide contrôlée = transfert de chaleur amélioré.
Cela rend les structures à ailettes à goupille particulièrement utiles lorsque les charges thermiques sont élevées et que l’espace d’installation disponible est limité.
Comment les structures de quilles améliorent la performance thermique
1. Surface de transfert de chaleur accrue
Le principal avantage d’une structure à ailerons à épingles est sa grande surface effective.
Au lieu de dépendre d’un canal interne relativement plat, des centaines, voire des milliers de petites broches peuvent interagir avec le liquide de refroidissement.
Cela offre une plus grande surface pour l’échange de chaleur et permet à la plaque froide d’extraire plus de chaleur d’une zone compacte.
Pour les systèmes électroniques à haute densité, cela peut être extrêmement précieux.
2. Amélioration de la turbulence du liquide de refroidissement
Le flux laminaire de liquide de refroidissement peut limiter le transfert de chaleur car le fluide le plus proche de la surface de la plaque froide peut ne pas se mélanger efficacement avec le reste du liquide de refroidissement.
Les ailerons à goupille perturbent le flux et créent un mélange supplémentaire.
Cette turbulence peut réduire les effets de la couche limite thermique et améliorer le transfert de chaleur entre le liquide de refroidissement et la surface métallique.
Cependant, une augmentation de la turbulence crée également une perte de pression supplémentaire.
C’est pourquoi la géométrie des broches, l’espacement, la hauteur, la vitesse du liquide de refroidissement et la distribution du débit doivent être soigneusement optimisées.
Chez Pioneer Thermal, nous considérons la performance thermique et la performance hydraulique ensemble plutôt que d’optimiser uniquement le transfert de chaleur.
3. Résistance thermique plus faible
La résistance thermique est l’un des indicateurs les plus importants lors de l’évaluation d’une plaque froide.
Une résistance thermique plus faible signifie que la chaleur peut passer plus efficacement du composant électronique vers le liquide de refroidissement.
Une plaque froide à ailette bien conçue peut réduire la résistance thermique en combinant :
• Surface effective élevée
• Amélioration du mélange du liquide de refroidissement
• Trajectoires thermiques courtes
• Sélection optimisée des matériaux
• Distribution uniforme du liquide de refroidissement
La performance finale dépend de la conception complète du système plutôt que de la structure des broches seule.
4. Meilleur refroidissement pour les applications à flux thermique élevé
Les accélérateurs et GPU IA modernes peuvent générer des flux de chaleur extrêmement élevés dans des zones de boîtier relativement petites.
Cela crée un défi difficile en matière de gestion thermique.
Un grand dissipateur refroidi par air peut ne pas être pratique car augmenter la taille du dissipateur ne permet pas toujours d’améliorer proportionnellement les performances de refroidissement.
Le refroidissement liquide rapproche beaucoup le liquide de refroidissement de la source de chaleur.
Une plaque froide à ailette à goupille peut encore améliorer l’interaction entre le liquide de refroidissement et la plaque froide, la rendant adaptée aux applications où une densité thermique élevée et des dimensions compactes sont des exigences majeures de conception.
Plaques froides à épingles pour serveurs d’IA et centres de données
La croissance rapide de l’intelligence artificielle modifie les exigences en matière de refroidissement des centres de données.
Les serveurs d’IA utilisent des GPU haute performance, des processeurs, des accélérateurs et des composants réseau qui produisent beaucoup plus de chaleur que de nombreux systèmes informatiques traditionnels.
Le refroidissement par air peut encore être efficace pour les composants à faible consommation, mais les infrastructures d’IA à haute densité nécessitent de plus en plus des solutions thermiques plus efficaces.
Refroidissement liquide direct vers la puce
L’une des approches les plus prometteuses est le refroidissement liquide direct à la puce.
Dans cette architecture, une plaque froide est montée directement sur le processeur ou l’accélérateur.
Le liquide de refroidissement absorbe la chaleur à la plaque froide et la transporte vers un échangeur de chaleur ou un système de distribution de refroidissement.
Une plaque froide à ailette de broche peut fournir une interface compacte et performante entre la puce et le liquide de refroidissement.
Chez Pioneer Thermal, nous nous concentrons sur des conceptions de plaques froides qui équilibrent :
Performance thermique + chute de pression + fiabilité + fabricabilité + coût.
Cet équilibre est essentiel pour les applications commerciales de serveurs d’IA.
Refroidissement liquide vs. refroidissement par air : une comparaison pratique
| Caractéristiques | Refroidissement par air | Refroidissement liquide | Plaque froide liquide à ailettes à goupilles |
| Capacité de transfert de chaleur | Modéré | Haut | Très haut |
| Densité thermique élevée | Limité | Excellent | Excellent |
| Complexité du système | Low | Plus haut | Plus haut |
| Efficacité spatiale | Modéré | Haut | Très haut |
| Bruit | Peut être plus élevé | Généralement plus bas au niveau de l’appareil | Généralement plus bas au niveau de l’appareil |
| Capacité de refroidissement | Adapté aux charges faibles à moyennes | Adapté aux charges élevées | Conçu pour un flux thermique élevé |
| Chute de pression | N/A | Cela dépend du design | Nécessite une optimisation |
| Applications typiques | PC, électronique industrielle | Serveurs, VE, électronique de puissance | Serveurs IA, GPU, HPC, électronique de puissance |
Plaques froides en cuivre vs. en aluminium à ailettes
Le choix des matériaux joue un rôle important dans la performance de la plaque froide.
Plaques froides en cuivre
Le cuivre offre une excellente conductivité thermique et est souvent choisi pour des applications à flux thermique élevé.
Les plaques froides en cuivre peuvent être particulièrement attractives pour :
• Accélérateurs d’IA
• GPU haute performance
• Électronique de puissance
• Systèmes laser
• Dispositifs semi-conducteurs haute puissance
Les principaux inconvénients sont un coût plus élevé des matériaux et un poids plus élevé par rapport à l’aluminium.
Plaques froides en aluminium
L’aluminium offre une combinaison solide de :
• Faible poids
• Bonne conductivité thermique
• Résistance à la corrosion lorsqu’elle est correctement conçue
• Coût des matériaux plus bas
• Excellente fabricabilité
L’aluminium est largement utilisé lorsque le poids, le coût et la scalabilité sont importants.
Le matériau optimal dépend de l’application plutôt que de simplement choisir le matériau avec la conductivité thermique la plus élevée.
Qu’est-ce qui détermine la performance des plaques froides à ailettes à goupille ?
Une plaque froide à ailette à goupille n’est pas simplement une assiette remplie de goupilles. Ses performances dépendent de plusieurs paramètres de conception.
Diamètre de la broche
Des broches plus petites peuvent augmenter le nombre de broches et la surface effective, mais elles peuvent aussi augmenter la perte de pression et la difficulté de fabrication.
Hauteur des quilles
L’augmentation de la hauteur de la goupille peut augmenter la surface de transfert de chaleur, mais il faut également prendre en compte le chemin d’écoulement disponible et les exigences de pression.
Densité des broches
Une densité de broches plus élevée peut améliorer le transfert de chaleur mais peut restreindre le flux de liquide de refroidissement.
Forme en épingle
Les structures courantes incluent :
• Goupilles cylindriques
• Goupilles carrées
• Broches elliptiques
• Broches décalées
• Réseaux de broches décalés
Différentes géométries créent différentes combinaisons de transfert de chaleur et de perte de pression.
Débit de liquide de refroidissement
Des débits plus élevés peuvent généralement améliorer l’élimination de la chaleur, mais la puissance de la pompe et la chute de pression augmentent également.
Par conséquent, augmenter simplement le débit de liquide de refroidissement n’est pas toujours la meilleure solution.
Distribution des flux
Une répartition uniforme du liquide de refroidissement est essentielle.
Si certaines zones reçoivent un excès de liquide de refroidissement tandis que d’autres reçoivent un débit insuffisant, des points chauds localisés peuvent apparaître.
Pour les puces à haute puissance,La distribution du débit peut être tout aussi importante que le débit total.
Conception de la plaque froide à ailettes : la performance thermique n’est que la moitié de l’histoire
Une erreur courante dans le développement de plaques froides est de se concentrer exclusivement sur la résistance thermique.
Une plaque froide doit être évaluée comme un système complet fluide et thermique.
Par exemple, un réseau de broches extrêmement dense peut obtenir un excellent transfert de chaleur mais créer une perte de pression excessive.
Cela peut nécessiter une pompe plus grande et augmenter la consommation d’énergie du système.
Chez Pioneer Thermal, notre approche de conception prend en compte plusieurs paramètres simultanément :
Charge thermique → liquide de refroidissement → débit → chute de pression → uniformité de température → structure mécanique → procédé de fabrication → fiabilité
L’objectif n’est pas simplement d’atteindre la résistance thermique la plus basse possible.
L’objectif est de développer unsolution de refroidissement équilibrée et manufacturable.
Fabrication des plaques froides à ailettes à goupilles
La technologie de fabrication de plaques froides affecte directement la performance thermique et la fiabilité.
Selon l’application, différentes méthodes de fabrication peuvent être envisagées.
Usinage CNC
L’usinage CNC peut produire des structures internes précises et convient aux prototypes, aux petites séries de production et aux conceptions complexes.
Écussage ou fabrication spécialisée des ailettes
Des technologies spécialisées de formation des nageoires peuvent créer des structures à haute densité tout en maintenant de bonnes performances thermiques.
Brasage sous vide
Le brasage sous vide peut assembler plusieurs composants en cuivre ou en aluminium dans une plaque froide scellée tout en maintenant un flux interne propre.
Soudage par friction et par agitation
Pour certains modèles de plaques froides en aluminium, la soudure par friction peut fournir des joints solides et fiables sans procédés de fusion conventionnels.
Fabrication additive
La fabrication additive avancée peut créer des structures internes complexes de refroidissement difficiles à fabriquer selon les procédés traditionnels.
Le procédé approprié dépend du volume de production, du matériau, de la géométrie, des exigences de performance et du coût cible.
Plaques froides à ailettes pour l’électronique de puissance
Le refroidissement liquide ne se limite pas à l’informatique IA.
Les plaques froides à ailettes sont également de plus en plus pertinentes pour l’électronique de puissance et l’électrification.
Les applications potentielles incluent :
• Électronique de puissance des VE
• Modules IGBT
• Modules de puissance SiC
• Onduleurs
• Convertisseurs DC/DC
• Alimentation électrique industrielle
• Systèmes d’énergie renouvelable
• Équipement laser
• Équipements de télécommunications
À mesure que les technologies SiC et autres semi-conducteurs à large bande interdite permettent une densité de puissance et des températures de fonctionnement plus élevées, la gestion thermique devient de plus en plus importante.
Une plaque froide correctement conçue peut aider à maintenir la température des composants dans la plage de fonctionnement requise.
Quand choisir le refroidissement liquide plutôt que le refroidissement par air ?
Il n’y a pas de réponse universelle.
Le refroidissement par air peut toujours être la meilleure option lorsque :
• Les charges thermiques sont relativement faibles
• Le coût du système doit être minimisé
• La simplicité de la maintenance est essentielle
• De l’espace est disponible pour un dissipateur thermique plus grand
• L’infrastructure existante de circulation d’air est suffisante
Le refroidissement liquide devient plus attrayant lorsque :
• La densité thermique est élevée
• Les températures des composants sont difficiles à contrôler
• L’espace est limité
• Le bruit acoustique doit être réduit
• Des GPU ou CPU haute performance sont utilisés
• Un refroidissement direct vers la puce est nécessaire
Les charges thermiques devraient augmenter dans les générations futures
Pour les applications à flux thermique extrêmement élevé, unPlaque froide liquide à ailettes à goupillepeut fournir un chemin efficace pour transférer la chaleur hors du composant.
Pourquoi travailler avec Pioneer Thermal ?
Chez Pioneer Thermal, nous comprenons que la gestion thermique ne se limite pas à choisir un dissipateur thermique ou une plaque froide.
Chaque candidature a des exigences différentes.
Notre approche d’ingénierie commence par les conditions réelles de fonctionnement du client, y compris :
• Charge thermique
• Dimensions des composants
• Type de liquide de refroidissement
• Température du liquide de refroidissement
• Débit
• Perte de pression maximale
• Espace d’installation disponible
• Exigences en matériaux
• Volume de production
• Objectifs de fiabilité
Sur la base de ces paramètres, nous pouvons développer des solutions thermiques personnalisées pour des applications exigeantes.
Nos capacités couvrentplaques froides liquides, plaques froides à ailettes à broches, dissipateurs thermiques en aluminium, dissipateurs en cuivre, tuyaux de chaleur, chambres à vapeur et autres composants de gestion thermique.
Du développement des prototypes à la production de masse, notre objectif est de fournir des solutions thermiques pratiques alliant performance, fiabilité et fabricabilité.
L’avenir de la gestion thermique se dirige vers une densité thermique plus élevée
L’IA, le HPC, les VE, les énergies renouvelables et l’électronique de puissance avancée augmentent tous la demande pour une gestion thermique haute performance.
Le refroidissement par air restera une technologie importante pour de nombreuses applications, mais elle ne peut pas résoudre efficacement tous les défis liés à la densité thermique élevée.
Le refroidissement liquide offre une approche plus évolutive, tandis que les plaques froides à ailettes à broches offrent un moyen efficace d’augmenter le transfert de chaleur dans un boîtier compact.
L’essentiel n’est pas simplement de choisir le liquide plutôt que l’air.
Le véritable défi d’ingénierie est de concevoir une solution de refroidissement qui atteigne le bon équilibre entre résistance thermique, chute de pression, débit du liquide de refroidissement, taille, fiabilité, coût de fabrication et performance à long terme.
C’est là que l’ingénierie avancée de la plaque froide devient essentielle.
Chez Pioneer Thermal, nous nous engageons à aider les clients à développer la prochaine génération de solutions de gestion thermique pour l’informatique IA, les centres de données, l’électronique de puissance, les véhicules électriques, les télécommunications et d’autres applications haute performance.
Questions fréquemment posées
Qu’est-ce qu’une plaque froide à ailettes à goupille ?
Une plaque froide à ailette de broche est un dispositif de refroidissement liquide qui contient un ensemble de petites broches à l’intérieur de son chemin interne de flux de liquide de refroidissement. Les broches augmentent la surface efficace de transfert de chaleur et perturbent le flux de liquide de refroidissement, améliorant ainsi la performance de transfert de chaleur.
Les plaques froides à ailettes à goupilles sont-elles meilleures que les plaques froides traditionnelles ?
Pas forcément pour toutes les applications. Les structures à ailettes de goupille peuvent offrir d’excellentes performances de transfert de chaleur, en particulier pour les applications à fort flux thermique, mais elles peuvent aussi augmenter la perte de pression. La conception optimale dépend des performances thermiques et hydrauliques requises.
Les plaques froides en cuivre ou en aluminium sont-elles meilleures ?
Le cuivre offre généralement une conductivité thermique plus élevée, tandis que l’aluminium offre un poids moindre, un coût moindre et une bonne fabricabilité. Le meilleur matériel dépend de l’application et des exigences du système.
Les plaques froides à ailerons à épingles peuvent-elles être utilisées pour les serveurs IA ?
Oui. Les plaques froides à ailettes à broches conviennent parfaitement au refroidissement liquide direct vers la puce pour les processeurs haute performance, les GPU et les accélérateurs d’IA où la densité thermique est élevée et l’espace limité.
Pioneer Thermal peut-elle personnaliser une plaque froide ?
Oui. Pioneer Thermal peut développer des solutions thermiques personnalisées basées sur la charge thermique, les dimensions des composants, le liquide de refroidissement, le débit, la chute de pression, les matériaux, les exigences d’installation et le volume de production.
Conclusion
Le passage du refroidissement à air traditionnel au refroidissement liquide est motivé par une tendance fondamentale : une densité thermique plus élevée.
À mesure que les processeurs d’IA, les GPU, l’électronique de puissance des véhicules électriques et les dispositifs semi-conducteurs haute performance deviennent de plus en plus puissants, les solutions thermiques doivent devenir plus efficaces sans augmenter continuellement la taille du système.
Les plaques froides à ailettes à broches offrent une combinaison puissante de taille compacte, de grande surface et d’interaction accrue avec le liquide de refroidissement, ce qui en fait une solution attrayante pour les applications avancées de refroidissement liquide.
Pour les entreprises à la recherche d’un fabricant fiable de plaques froides à ailettes à broches ou d’une solution de refroidissement liquide sur mesure, Pioneer Thermal combine expertise en ingénierie thermique avec des capacités de fabrication pour développer des produits de refroidissement adaptés aux applications les plus exigeantes d’aujourd’hui.
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