【摘要】： 隨著高集成計算機芯片的發(fā)展,傳統(tǒng)的冷卻方法將趨于其散熱極限,對高性能芯片冷卻的需求已上升到前所未有的層面。為了克服此類芯片所引發(fā)的熱障問題,低熔點金屬或其合金被引入計算機熱管理。這一嶄新的芯片散熱方法引申出了大量的理論、試驗及實際器件研制等方面的問題。本論文旨在對這一課題進行研究,所取得的進展如下: 1、二元低熔點合金熱物性的研究 室溫金屬流體在芯片散熱領(lǐng)域中正日益顯示重要價值,但相關(guān)材料的熱物性比較缺乏。本文基于Faber-Ziman理論,采用Ashcroft-Langreth硬球模型偏結(jié)構(gòu)因子以及空核心模型贗勢計算了液態(tài)二元鎵銦及鈉鉀合金的電阻率,在此基礎(chǔ)上結(jié)合Wiedemann-Franz-Lorenz(WFL)定律,得到了兩類合金的熱導(dǎo)率。作為對比,本文同時也對鎵銦合金的熱導(dǎo)率進行了實驗測定。采用Iida唯象二元合金粘度理論分別計算了液態(tài)鈉鉀和鎵鋁合金粘度隨原子組分濃度的變化關(guān)系。 2、電磁驅(qū)動室溫金屬流體的數(shù)值模擬與實驗研究 作為電磁驅(qū)動室溫金屬流體散熱系統(tǒng)的動力源,電磁泵直接影響著最終散熱性能。為深入認識電磁泵驅(qū)動室溫金屬流體的特性,本文建立了相應(yīng)的磁流體動力學(xué)方程,針對兩類不同流道結(jié)構(gòu)的電磁泵,采用有限元方法模擬得到了金屬流體在電磁泵內(nèi)的流速分布、電流分布以及進出口壓差。同時,采用澆注方法制作了透明的室溫金屬流體電磁泵,開展了初步的靜壓測試,驗證了計算方法和仿真程序的準確性;結(jié)果表明,室溫金屬流體電磁泵的進出口壓差與磁感應(yīng)強度和輸入的電極電流成線性關(guān)系。 3、基于NaK77.8芯片散熱技術(shù)的數(shù)值評估 采用CFD軟件Fluent,對采用NaK77.8合金和水作為冷卻工質(zhì)的冷頭性能進行了數(shù)值評估。數(shù)值結(jié)果表明:NaK77.8作為工質(zhì)時的冷頭性能要優(yōu)于同等條件下水作為換熱介質(zhì);NaK77.8較低的體積比熱使其出口平均溫度要比相同條件下的水來得高,同時在較高流速下的冷頭性能更為優(yōu)越;在高熱流密度和極端環(huán)境下,基于液體金屬NaK77.8冷頭同樣有著很好的性能。利用熱分析軟件Icepak對基于NaK77.8的芯片散熱技術(shù)的冷卻性能進行了系統(tǒng)級熱仿真,考察和分析了遠端散熱器對整個冷卻系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明:遠端散熱器更易成為整個系統(tǒng)的散熱瓶頸,阻礙熱量的有效散發(fā)。 4、液體金屬散熱技術(shù)應(yīng)用于臺式機和筆記本系統(tǒng)的研究 在前期工作的基礎(chǔ)上,對液體金屬散熱技術(shù)在實際計算機系統(tǒng)的應(yīng)用進行了嘗試。本文研制出一套可用于臺式電腦的液體金屬冷卻系統(tǒng),并對其聯(lián)機后的實際應(yīng)用性能進行了初步評估,測試結(jié)果表明液體金屬冷卻系統(tǒng)能有效地將臺式計算機產(chǎn)生的熱量帶走。針對內(nèi)部空間狹小和芯片高度集成的筆記本電腦,本文提出了液體金屬冷卻系統(tǒng)的筆記本解決方案。利用Icepak軟件對其性能進行了數(shù)值評估,其結(jié)果令人滿意。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（理化技術(shù)研究所）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TP303.2
【圖文】：

圖 1-1 2004 年國際半導(dǎo)體技術(shù)藍圖對 CPU 熱設(shè)計功耗的預(yù)測[7]計算機熱管理中的典型液冷技術(shù)1 管路水冷散熱管路水冷冷卻是最常用的一種液冷方式，如圖 1-2 所示，其工作驅(qū)動水循環(huán)通過一個貼在芯片上的吸熱塊（熱沉），當水流經(jīng)吸熱熱的芯片傳到較冷的液體，受熱液體隨后流到遠端散熱器，利用風過散熱器，將熱量傳到外部的環(huán)境中，冷卻后的液體重新流回到重復(fù)上述過程，即可完成熱量的輸運。目前國內(nèi)外生產(chǎn)宏觀管路水廠商如 SWIFTECH、KOOLANCE、AHANIX 和奧柯瑪?shù)�，都有其冷系統(tǒng)，并在該領(lǐng)域不斷進行技術(shù)投入與開發(fā)。

目前管路水冷冷卻是最常用的一種液冷方式，如圖 1-2 所示，其工作原理為：流體泵驅(qū)動水循環(huán)通過一個貼在芯片上的吸熱塊（熱沉），當水流經(jīng)吸熱塊，熱量從發(fā)熱的芯片傳到較冷的液體，受熱液體隨后流到遠端散熱器，利用風扇強迫空氣流過散熱器，將熱量傳到外部的環(huán)境中，冷卻后的液體重新流回到 CPU 吸熱塊，重復(fù)上述過程，即可完成熱量的輸運。目前國內(nèi)外生產(chǎn)宏觀管路水冷系統(tǒng)的主要廠商如 SWIFTECH、KOOLANCE、AHANIX 和奧柯瑪?shù)�，都有其獨特設(shè)計的液冷系統(tǒng)，并在該領(lǐng)域不斷進行技術(shù)投入與開發(fā)。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2718698