Flüssigkeitskühlung für KI-Server: Kühlplatten, Verteiler und FSW

Warum benötigen KI-Server Flüssigkeitskühlung?

KI-Server sind mit Hochleistungschips und GPUs ausgestattet, die im Betrieb große Mengen an Wärme erzeugen. Mit steigender Leistungsdichte eines einzelnen Racks benötigen herkömmliche Luftkühlsysteme einen höheren Luftdurchsatz und mehr Energie, wodurch ihre Effizienz zunehmend eingeschränkt wird. Flüssigkeitskühlung hingegen transportiert die Wärme mithilfe von Kühlmittel direkt von der Wärmequelle ab, senkt den Wärmewiderstand und verbessert die Kühlleistung. Zudem trägt sie dazu bei, den Gesamtenergieverbrauch von Rechenzentren zu reduzieren.

Aus diesem Grund setzen immer mehr Rechenzentren auf Flüssigkeitskühlung auf Chip-, Kühlplatten- und Rack-Ebene. Für Unternehmen hat die Verfügbarkeit eines zuverlässigen Zulieferers für die Metallbearbeitung direkten Einfluss auf den Entwicklungsplan und die Serienqualität eines Flüssigkeitskühlsystems.

Kühlplatte: Die Kernkomponente eines Flüssigkeitskühlsystems

Die Kühlplatte ist eines der wichtigsten Metallteile in der Flüssigkeitskühlung von KI-Servern. Sie wird üblicherweise auf einer CPU, GPU oder einem anderen Hochleistungschip montiert und nutzt interne Strömungskanäle, um die Wärme durch das Kühlmittel abzuführen.

Wichtige Punkte bei der Herstellung einer Kühlplatte sind:

Ist eine Kühlplatte nicht präzise genug gefertigt, kann dies zu schlechtem Kontakt, erhöhtem Wärmewiderstand, ungleichmäßiger Strömung oder Leckagegefahr führen. Insbesondere bei Hochleistungskühlungsanwendungen muss eine Kühlplatte nicht nur herstellbar, sondern auch stabil in Serie gefertigt werden können und die Anforderungen der nachfolgenden Montage und Prüfung erfüllen.

Verteiler: Einfluss auf die Durchflussverteilung und die Systemstabilität

Neben der Kühlplatte ist der Verteiler eine wichtige Komponente eines Flüssigkeitskühlsystems. Er verteilt das Kühlmittel an verschiedene Kühlplatten oder Module und führt es anschließend wieder in den Kreislauf zurück. Bei einer instabilen internen Strömungskanalkonstruktion oder Fertigungsgenauigkeit des Verteilers kann es zu ungleichmäßiger Strömung zwischen den einzelnen Knotenpunkten kommen, was wiederum die Gesamteffizienz der Kühlung beeinträchtigt.

Zu den gängigen Herausforderungen bei der Herstellung von Verteilern zählen die Bearbeitung mehrerer Bohrungen, die Gewindegenauigkeit, die Kontrolle der Dichtflächen, die Sauberkeit der Innenkanäle und die gleichbleibende Montagequalität. Bei Flüssigkeitskühlsystemen in Rechenzentren sind diese Bauteile nicht bloß Rohrverbinder, sondern bilden eine wichtige Grundlage für den stabilen Betrieb des Systems.

Der Wert des Rührreibschweißens (FSW) bei flüssigkeitsgekühlten Teilen

Bei der Herstellung von Flüssigkeitskühlplatten aus Aluminiumlegierungen und einigen Wärmemodulen ist das Rührreibschweißen ein bemerkenswertes Verfahren. Im Vergleich zum konventionellen Schmelzschweißen ist das Rührreibschweißen ein Festphasen-Fügeverfahren, das thermische Verformungen reduziert und das Risiko von Porosität und Rissen verringert. Dadurch eignet es sich besonders für Kühlplatten, Kanalabdeckungen und Kühlteile aus Aluminiumlegierungen mit hohen Dichtigkeitsanforderungen.

Bei der Flüssigkeitskühlung von KI-Servern liegt der Vorteil des Rührreibschweißens in der optimalen Balance zwischen Verbindungsfestigkeit und Luftdichtheit. Dies trägt zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Kühlplatten und Flüssigkeitskühlmodulen bei. Verfügt ein Metallbearbeitungsbetrieb über CNC-Bearbeitung und Rührreibschweißkapazitäten, kann er Kunden bei der Integration von Strömungskanalbearbeitung, Deckplattenverbindung, Planbearbeitung und Qualitätskontrolle unterstützen und so die Risiken durch die Übergabe an mehrere Zulieferer reduzieren.

Die Kühlprozesse von Elektrofahrzeugen und KI-Systemen haben vieles gemeinsam

Es ist bemerkenswert, dass die Kühlung von Elektrofahrzeugen und die Flüssigkeitskühlung von KI-Servern viele Prozessähnlichkeiten aufweisen. Beide müssen hohe Wärmeleistungen abführen, Kühlplatten aus Aluminiumlegierung verwenden, Strömungskanäle gestalten, Dichtheitsprüfungen und Druckprüfungen durchführen sowie langfristige Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllen.

Kühlplatten für Elektrofahrzeugbatterien, Kühlkörper für Motorsteuerungen und Kühlplatten für KI-Server erfordern allesamt eine präzise und stabile Bearbeitung von Aluminiumlegierungen. Die Anwendungsumgebungen unterscheiden sich, die grundlegenden Prozessabläufe sind jedoch ähnlich: präzise Bearbeitung, stabile Verbindungen, strikte Dichtheitsprüfung und lückenloses Qualitätsmanagement.

Daher ist ein Metallbearbeitungsbetrieb mit Erfahrung in der Herstellung von Flüssigkeitskühlungsteilen für Elektrofahrzeuge in der Regel besser in der Lage, die Herstellungsrisiken und die Anforderungen an die Massenproduktion von Hochleistungskühlteilen zu verstehen, wenn er in die Lieferkette für Flüssigkeitskühlung für KI-Server einsteigt.