本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）编译自eetimes

电源管理和冷却是相辅相成的。

随着数据中心数量的激增以满足人工智能 (AI) 工作负载的需求，开发创新的系统冷却方法变得越来越重要。

可用的芯片冷却解决方案分为系统冷却与系统散热两类。

英飞凌科技公司（以下简称英飞凌）电源和传感器系统部门电源 IC 和连接系统总经理 Athar Zaidi 表示：“有两个热源必须加以管理。处理器本身作为计算引擎，其自身会产生大量热量，而且处理器周围的电源管理解决方案也会产生热量，因为电源管理并非 100% 高效。”

Zaidi 说：“电源管理和冷却是相辅相成的。需要冷却解决方案来消除热量，但这也需要消耗能源。所以这是一把双刃剑。电力既要用于提供动力，又要消耗电力来消除系统中的热量。”

Zaidi 还表示：“能源消耗还会影响数据中心的建设地点，因为需要基于配额获取相关许可。” 数据中心所有者可在预算范围内行事，而这个预算范围决定了他们的总拥有成本 (TCO) 和投资回报。

2024 年 2 月，英飞凌推出 “TDM2254xD 系列” 双相电源模块，其电气和热性能均得到改善。该模块使数据中心能够满足 GPU 的高功率需求，从而实现更高效的运营并显著降低 TCO。

随着计算密度的增加，冷却和热管理解决方案需要变得更加小巧。TDM2254xD 系列的尺寸约为 10 平方毫米，高度小于 8 毫米。Zaidi 表示：“提到电源，不仅仅涉及效率，还涉及热管理。”

“在人工智能工作负载方面，功耗越来越成为瓶颈，” 他说，“过去，计算瓶颈在于没有设备功耗超过 1kW，且功耗都在板上运行。”

但对于像 NVIDIA 的 Grace Blackwell 这种功耗达到 3.3kW 的平台，仅靠空气冷却已无法满足需求。整个系统需要液体冷却，这也决定了电源管理拓扑结构。

冷却芯片的方法不止一种。联想发布了第六代液冷技术 “Neptune”。该技术将应用于 ThinkSystem V3 和 ThinkSystem V4 产品组合。十多年前，该公司就已公布其液体冷却技术。与传统风冷系统相比，该技术可降低高达 40% 的功耗。

Neptune 是一种直接水冷解决方案，可通过重复利用热水循环来冷却数据中心系统并保持所有服务器组件处于冷却状态。最新版本包含新的 GPU 冷板设计以及增强的冷板冷却风扇和流动设计。

另一方面，ZutaCore 的芯片直接冷却技术 “HyperCool” 选择了不使用水的绝缘制冷剂方案，而非采用单相液体的直接芯片冷却方法。ZutaCore 产品执行副总裁 Shahar Belkin 表示：“使用液体可能会带来一些困难。”

“无法保证液体会留在您期望的位置。虽然在一台游戏 PC 上能够实现相关操作，但在数据中心（其机架上装有数百个 CPU 以及数千个连接器和管道）中进行控制则极其困难。”Belkin 说道，“哪怕只是某一处漏水都可能会给 IT 系统造成巨大的损害。”

“ZutaCore 使用不导电的绝缘制冷剂，”Belkin 说，“ZutaCore 还将液体输送到冷板并使其转化为蒸汽，从而实现沸腾和冷凝这两步过程。” 该冷却系统去除了大量的液体。由于冷却系统不使用水，设备不会受到腐蚀或其他与水相关的威胁。”

Belkin 表示：“ZutaCore 的专利方法从技术层面来说并非传统意义上的冷却，而是依赖于物理特性。它实际上并没有对其进行冷却，只是将热量从 CPU 上移走。热量还可以在其他地方被重新利用。此外，该液体并非专用的，可以从各个供应商处购买。”

Belkin 说：“这种解决方案具有可持续性，部分原因在于该液体不易燃、无毒且环保。这是一种对全球变暖影响极小的液体。”

其他公司正在采取独特的数据中心冷却方法。Phononic 使用固态技术进行半导体冷却，该技术不仅可用于计算领域，还可用于其他多种应用。Phononic 首席执行官 Tony Atti 表示：“下一个可持续发展挑战是与制冷剂相关的排放，这就是 Phononic 的固态技术具有巨大潜力的原因。” 该技术不使用任何制冷剂。

该公司的固态热电器件（热电冷却器，TEC）利用了经过验证的热电原理和所谓的珀耳帖效应。当电流通过 TEC 时，热量从一侧传递到另一侧。每个 TEC 均由半导体材料制成的 “载体” 组成，通过载体传递热量。

载体成对布置，由 n 型半导体腿和 p 型半导体载流子组成。当电流流过 TEC 时，载流子全部朝同一方向移动，将热量从器件的一侧传递到另一侧。

Phononic 的主动、响应式传热方法可以在芯片之外得到应用。该公司的固态技术不仅环保，而且具有高度可扩展性，可广泛应用于空调和制冷等领域。

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