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液冷散热新方案,小米、vivo新产品……

2021-7-4 14:24| 发布者: admin| 查看: 63| 评论: 0|来自: 公众号“热管理技术”

摘要: 互联网时代,人们对于视频、邮件、网银、购物、出行等服务的巨量需求,最终都涌向了遍布全球的数百万个数据中心。虽然无法近距离感受到,但云端机房的拥挤和热量堆积,仍是个难以调和的矛盾。为此,Iceotope 提出了 ...


1、数据中心高效液冷散热方案


互联网时代,人们对于视频、邮件、网银、购物、出行等服务的巨量需求,最终都涌向了遍布全球的数百万个数据中心。虽然无法近距离感受到,但云端机房的拥挤和热量堆积,仍是个难以调和的矛盾。为此,Iceotope 提出了一套缓解方案 —— 通过将计算硬件浸泡在非导电液体内,将处理器保持在相对较低的 50℃(122℉),以取代昂贵且耗能的空调散热方案。
图片来源:ICEOTOPE

专注于计算散热市场的英国初创企业 Iceotope 首席执行官 David Craig 指出:“随着我们处理的数据越来越多,芯片的温度还会提升三四五倍”。

西雅图咨询公司 Uptime Institute 的全球 IT 咨询服务主管 Rabin Bashroush 亦表示:数据中心消耗了全球 2~4 % 的用电量,且其中几乎一半都耗费在了冷却上。

早期大多数据都保存在本地生成的银行、大学或企业,平时只要注意通风即可得到良好的温度改善。

而今越来越多的数据内整合到了拥有成千上万颗处理器的大型中枢,且这些数据中心往往使用传统空调来辅助散热。

尽管适宜的温度有助维持系统稳定,但过热则可能导致系统崩溃。此外随着每代计算机芯片运行得更快更热,即使是最高效率的空调,也难以轻松压制。

若能找到更好的方法来降低温度,该行业每年仅在电力开支方面就可节省约 100 亿美元,毕竟空气并不是一种非常有效的热传递介质。

传统服务器可轻松从风冷改成液冷

Allied Market Research 的数据表明,早在 2019 年,用于冷却计算机设备的市场规模就达到了 105 亿美元,且每年维持着 13% 的增长率,这引发了包括 Iceotope 在内的初创企业,以及脸书、谷歌、微软等科技巨头之间的激烈竞争。

目前数据中心的一大热点散热方案,就是运用基于管道的液冷技术,结合特殊配方的可循环流体,将处理器浸入水中、甚至直接在海底建设数据中心(比如微软)。

市场研究机构 PitchBook 报告称,去年针对数据中心散热初创企业的风险投资增加了一倍多,达到了 3400 万美元。

致力于计算机功耗研究的劳伦斯伯克利国家实验室(LLNL)科学家 Arman Shehabi 亦表示:“液冷方案可在更小的空间内为更密集的算力提供服务”。

NetShelter 液冷机架系统

据悉,在全球运营着 200 多个数据中心的微软公司,也正在测试将服务器直接浸泡在非导电流体中的系统方案。据估计,液冷方案可使之在相同空间内容量 10 倍算力。

数据中心开发部门负责人 Christian Belady 表示:“尽管我们才刚刚走上液冷的道路,但你会看到我们的行事方法发生了许多快速的转变”。

彭博社报道称,目前已有至少十几家规模较小的初创企业加入这方面的市场竞争。比如西班牙 Submer Technologies SL 公司销售的密封型系统方案,就将服务器浸泡在了非导电液体的容器中,并且能够直连网络。

值得一提的是,除了防尘和延长计算机的使用寿命,数据中心服务器产生的废热,还可用于为附近的建筑物供暖。而总部位于荷兰的 Incooling BV 公司,则使用了将流体煮沸形成气体,并在降温冷却后进行再循环的高效散热方案。


2、浸没式液态散热,如何在主机散热市场占有一席之地?


随着技术的高速发展,电子器件的集成度不断提高,热流密度随之增大,这些因素引起的器件过热问题越来越突出,并且工作温度直接决定了电子器件的使用寿命和工作稳定性。因此,应用良好的散热措施以解决电子产品的过热问题是关键,市场对于散热系统提出了越来越高的要求。

电子产品运行起来需要一个稳定的环境,例如恒温恒湿,一定的绝缘性等,而液体的好处是比空气的潜热要大1000倍左右,是非常高效散热的媒介。因此,有效利用一种不导电的液体来做介质,将电子设备浸没到绝缘液中,利用绝缘液体的潜热流动,直接带走电子产品产生的热量,散热效率相较传统的风冷和水冷模式有很大的提升。

作为一个新生事物,浸没式液态散热必须借由一系列可感可触的场景体验,完成从一个超前概念到一种未来生活的转身。6月20日,兰洋科技与京天华盛强强联合推出的全球首款浸没式液冷小型台式性能主机将开启预约,并于7月10日限量发售,这一次万众瞩目的启帷,宣告着主机散热市场正式进入浸没式液态散热新纪元。

据悉,这款液冷主机的整套散热模组的解热能力以及温控能力强,确保系统可以持久低温稳定运行,让硬件最大程度上发挥其性能优势。机箱内部的热流道设计,搭配外部的导热液循环散热模组,可使液体经由导管回流至腔体内部形成一个散热闭环,与芯片达到最大的热交换效率,从而进行高效散热。液体对内部硬件构成360度全方位包裹,由于液体本身的物理属性,具有高流动性,高化学稳定性,高绝缘性,高热传导性等特性,对浸入内部的硬件有保护作用,可以延长其使用寿命,并在最大程度上提升硬件的二次回收价值。

兰洋科技已在这一领域卓有作为,屡创“先河”——由海外归国工学博士领衔、核心技术团队成员曾聘任于美日合作航天项目,且积累了不少散热行业相关经验。但在项目初始阶段,兰洋科技如何在散热领域探索前行,结合团队自身的研发经验、独特禀赋,探寻技术化、核心化、差异化的路径,成为浸没式液态散热的先行者,是围绕兰洋科技的核心命题。

浸没式液态散热,是对散热模式的创新探索,是科技发展所形成的又一个“风口”,是人们对未来科技生活的又一次大胆尝试。千帆竞发,大浪淘沙。在竞争激烈的散热市场,兰洋科技以先行者的姿态深入探寻,以独特的技术定义散热未来,使其前行的每一步,都成为了探索电子散热路上的美好印迹。


3、小米公布快充专利

2021年6月18日,北京小米移动软件有限公司公开“声音充电设备、储能设备和电子设备”发明专利,公开号CN112994199A,申请日期为2019年12月。本实施例中利用周围环境的声音即可给电子设备充电,无需用户寻找电源插座,降低充电难度,提升使用体验。可见小米在寻找手机充电技术这条道路上越走越远,这些年我们也见证了很多,从11年5W的小米1到10W的小米3,从此之后展开了对快充的探索。


在其中可能有人就质疑快充会不会伤电池了,电池损耗等散热方案什么的。集微网消息小米发明的电池进行快充时的散热方案,通过“内部均热,外部降温”的结构设计,在内置电池内部设置均热层,从产热源表面进行了均热,有利于内置电池整体温度的降低,同时也有效的降低了内置电池表面温度。

在电池技术领域,充电速度是用于移动终端的内置电池的一个重要性能指标,为了满足用户的极致充电体验,电池的充电速率越来越快。与此同时,快速充电引起的热问题也越来越突出。

电池在充电时受电流密度分布,局部接触阻抗不均等综合因素的影响,电池表面的温度分布呈现不均匀的现象。局部温度过高的问题不仅影响电池的循环寿命等关键性能,而且热量集中的位置与电池保护板的温度感应器件距离较近时,充电阶段会快速进入整机的充电温度限制阶段,难以实现快速充电的技术目标。

目前,为了解决该问题,在一些方案中采用在电芯内部设置散热片的方式,对电池内部的热量进行散热传导,将热量散发到电池外部。但是这种技术仅仅能实现快速充电时内置电池的内部的热量均衡,不能有效地实现内置电池的整体温度的降低。

为此,小米在2019年9月29日申请了一项名为“移动终端的内置电池及制备方法”的发明专利(申请号:201910894587.8),申请人为北京小米移动软件有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料,让我们一起来看看这项保障快充技术安全的方案吧。

如上图,为该专利中发明的移动终端的内置电池的剖视图,该电池包括裸电芯101、电芯封装层102、均热层103以及降温层104。均热层设置在裸电芯与电芯封装层之间,可以对裸电芯散发的热量进行均热,其中,均热层的导热系数大于预设阈值。

而降温层设置在电芯封装层的外表面,用于吸热降温,消除局部的高温。通过在内置电池内部设置均热层,在内置电池外部设置降温层,可以解决快速充电技术所导致的热问题,提升内置电池的安全及循环性能。

这种方案类似于电脑的散热,电脑的机身通常为金属材质,具有良好的导热性能,而在内部也类似于降温层设置有水冷、风扇等降温方式。


如上图,为这种内置电池的移动设备的正视图,包括有裸电芯201、电芯封装层202、均热层203和降温层204,降温层通常采用例如相变材料或者热电材料构成,热电材料是一种具有较大热电效应的材料,可以直接把热能转换为电能,或者直接由电能产生致冷作用。

在均热层上,通常使用石墨胶层作为均热层,其主要成分为石墨,颗粒度控制在50微米之内。当电池在充电时,热量自裸电芯向外扩散,均热层可以有效的与裸电芯接触,达到快速的均热作用,消除了局部温升过大的风险,从而使得热量传递到内置电池表面时温度均匀。

同时,均热层还具有一定的粘结性能,可以有效的将电芯封装层和裸电芯粘结起来,可取代目前电芯中常用的热熔胶层,不会造成电池空间的占用,有效的解决了散热结构的引入对电芯能量密度的损失。

以上就是小米发明的电池进行快充时的散热方案,这种“内部均热,外部降温”的结构设计,通过在内置电池内部设置均热层,从产热源表面进行了均热,有利于内置电池整体温度的降低。同时,通过内置电池外部的降温层,有效的降低了内置电池表面温度。


4、vivo确认进入平板电脑市场


据腾讯一线报道,vivo 已确认进入平板电脑市场,首款产品将在今年第四季度对外发布。

值得一提的是,vivo 及旗下独立子品牌 iQOO 去年都被传出将推出平板电脑和笔记本产品,当时 vivo 已经注册了 vivo Pad、iQOO Pad、iQOO Book、NEX Book 等商标。日前,vivo 在欧洲也注册了 vivo Pad 商标,该名称已经出现在了欧盟知识产权局。

此外,vivo 申请的平板外观专利图之前也已经流出,图片显示,vivo 这款新平板正面采用了目前市场主流的全面屏设计,背部的镜头模组采用了很有 vivo 自家特色的“云阶”设计。

值得一提的是,消息称 OPPO 的平板电脑产品也已在规划中,而旗下独立子品牌 realme 近日更是高调对外公布了即将发布笔记本电脑 realme Book 和平板电脑 realme Pad 的消息。

受疫情影响,平板电脑市场开始回暖。以 2020 年为例,根据 IDC 公布的信息,2020 年第四季度全球平板电脑市场同比增长 19.5%,出货量 5220 万台,达到了自 2017 年第四季度 4990 万台以来的最高水平。


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