Pads thermiques pour serveurs d'IA et GPU haute puissance

Les coussinets thermiques des serveurs d'IA refroidissent généralement la HBM, les VRM, la mémoire, les dispositifs d'alimentation, les contrôleurs réseau et d'autres composants situés à différentes hauteurs sous un dissipateur thermique, une plaque froide ou un châssis. Ils ne constituent pas automatiquement le meilleur matériau pour l'interface principale du die du GPU. Ce joint nécessite souvent un TIM beaucoup plus fin. Une bonne sélection commence par cartographier séparément chaque chemin thermique, espace et limite de pression.

Cette distinction importe encore plus aujourd'hui parce que les accélérateurs d'IA ne sont plus de modestes cartes d'extension bourdonnant dans un châssis spacieux. Un NVIDIA H100 SXM peut être configuré jusqu'à 700 W, tandis que AMD indique une puissance de carte de crête de 750 W pour l'Instinct MI300X. Placez huit accélérateurs sur une seule plateforme et la chaleur n'est plus un problème secondaire. Elle devient une limite de conception.

Pourtant, un serveur ne se refroidit pas tout seul simplement parce qu'il est équipé d'une plaque froide. La chaleur doit traverser le boîtier, le matériau d'interface, le diffuseur, la plaque froide, la boucle de liquide de refroidissement et le système de l'installation. Un tout petit problème au niveau d'un seul contact peut bloquer toute la chaîne, comme un péage avec une seule voie ouverte.

Ce guide explique où les coussinets thermiques s'installent, où ils ne vont pas, et comment les choisir sans se fier uniquement à un chiffre impressionnant sur une fiche technique. Il s'adresse aux ingénieurs thermiciens, concepteurs de serveurs, fabricants sous contrat, équipes matérielles de centres de données et acheteurs qui ont besoin d'un matériau fonctionnel en production, et pas seulement en laboratoire.

Vous travaillez sur la pile thermique d'un serveur IA ? Envoyez à Haktak la carte des composants, la plage d'intervalle, la limite de pression et l'architecture de refroidissement par le page de contact. Vous pouvez également consulter le texte complet portefeuille de matériaux d'interface thermique.

Pourquoi les serveurs d'IA exercent une telle pression sur les interfaces thermiques

Les serveurs d'IA associent des accélérateurs haute puissance, de la mémoire à large bande passante, une conversion de puissance et des interconnexions très rapides dans un boîtier mécanique dense. L'air ou le liquide ne peut évacuer la chaleur qu'après qu'elle a atteint un dissipateur thermique ou une plaque froide. L'interface thermique entre les composants et ce matériel de refroidissement affecte donc la marge de température, la fréquence soutenue, la puissance des ventilateurs, la fiabilité et le comportement en maintenance.

Caractéristiques officielles du H100 de NVIDIA répertorier jusqu'à 700 W pour la version SXM. AMD indique une puissance de carte crête de 750 W et 192 Go de HBM3 pour le MI300X. Il ne s'agit pas de comparaisons directes, mais elles montrent l'échelle de la chaleur concentrée autour des modules d'accélération modernes.

À l'échelle du rack, les chiffres s'accumulent rapidement. Cadre de performance énergétique des centres de données dotés d'IA de l'ASHRAE traite des environnements d'IA spécialisés de la plage de 50 à 120+ kW par rack et recommande des architectures de refroidissement conçues pour ces densités. Le refroidissement des installations compte, bien sûr. Pourtant, l'installation ne peut pas réparer un mauvais joint entre le composant et la plaque froide à l'intérieur du serveur.

Trois tendances rendent l'interface plus difficile :

• Plus de puissance dans moins d'espace. Le flux thermique augmente même lorsque la taille totale du module ne change pas.
• Plus de composants autour de l'accélérateur. Les piles HBM, les régulateurs de tension, les dispositifs d'interconnexion et les étages de puissance créent des points chauds supplémentaires.
• Marge mécanique moindre. Les boîtiers plus volumineux, les interconnexions à pas fin et les cartes denses n'apprécient pas les forces de serrage non contrôlées.

Le travail ne consiste pas simplement à “ garder le GPU au frais ”. Il s'agit de maintenir simultanément le GPU, la mémoire et l'alimentation dans leurs limites, sans plier le module, sans priver un composant voisin de contact ni rendre la maintenance sur site insupportable.

D'abord, sachez quelle interface vous concevez

Un accélérateur d'IA contient plusieurs interfaces thermiques, et elles remplissent des rôles différents. Le chemin principal du GPU utilise souvent un matériau mince entre la puce, le couvercle, le diffuseur thermique ou la plaque froide. Les coussinets thermiques sont plus courants lorsque les hauteurs des composants varient ou qu'une plus grande distance doit être comblée. Mélanger ces emplacements conduit à de mauvaises spécifications et, parfois, à des retouches très coûteuses.

TIM1 : De la matrice (Die) à la plaque thermique intégrée (IHS) ou au couvercle du boîtier

Le TIM1 se trouve à l'intérieur du boîtier, entre la puce de silicium (ou les *chiplets*) et un couvercle ou diffuseur thermique. Il peut s'agir de soudure, d'une pâte haute performance, d'un film ou d'un autre matériau conçu pour le boîtier. Les fabricants de serveurs ne le remplacent généralement pas. Le fournisseur du boîtier contrôle cette interface, car les contraintes de la puce, le gauchissement, l'adhérence et la fiabilité à long terme y sont étroitement liés.

TIM2 : Couvercle de boîtier vers dissipateur thermique ou plaque froide

TIM2 relie le couvercle du boîtier au matériel de refroidissement externe. Ce joint est généralement mince et soigneusement serré. La graisse, le matériau à changement de phase, le film haute performance ou d'autres TIM à faible épaisseur de joint sont courants. Un coussinet thermique conventionnel d'un millimètre d'épaisseur est rarement le premier choix lorsque les surfaces sont planes et que l'objectif principal est la résistance de contact la plus faible possible.

Interfaces de coussinets thermiques (Gap-Pad) autour de la HBM, du VRM et des composants de support

Les coussinets thermiques trouvent leur utilité là où les piles de mémoire, les régulateurs de tension, les inductances, les contrôleurs, les retimers ou les composants arrière doivent atteindre un diffuseur, un cadre, un couvercle ou une plaque froide communs malgré des différences de hauteur. Le coussinet comble un espace mesurable et s'adapte aux tolérances. Il peut également assurer une isolation électrique et un amortissement des vibrations.

Interfaces de la carte au châssis et de la plaque arrière

Certains modèles créent un chemin secondaire depuis l'arrière du module ou la carte serveur vers une plaque structurelle. Les coussinets thermiques peuvent diffuser une chaleur de plus faible intensité, réduire les points chauds locaux et exploiter une surface du châssis qui resterait autrement inutilisée. Le chemin de la plaque arrière est utile, mais il ne remplace pas comme par magie un chemin de GPU primaire défaillant.

Si votre dessin étiquette les six emplacements “ coussin thermique ”, faites une pause. Le joint mécanique doit déterminer le format du matériau, et non un nom d'achat générique.

Où les pads thermiques sont utilisés à l'intérieur des serveurs d'IA et de GPU

Les coussinets thermiques sont utilisés partout où un serveur a besoin d'un pont propre, reproductible et compressible entre des composants irréguliers et une surface de refroidissement. Les cibles typiques comprennent la mémoire HBM et les composants mémoire, les régulateurs de tension, les modules de puissance, les plaques arrière, les puces réseau, les contrôleurs de stockage et les processeurs auxiliaires. Leur rôle devient particulièrement précieux lorsqu'une seule plaque touche des composants de hauteurs différentes.

HBM et autres dispositifs de mémoire

La mémoire à large bande passante est placée près de l'accélérateur car des connexions courtes et larges prennent en charge un flux de données énorme. Cette proximité est excellente pour les performances et délicate pour le refroidissement. La température de la HBM et celle du GPU influencent le même environnement au niveau du boîtier, tandis que la coplanarité du boîtier et le gauchissement local affectent le contact.

Un coussinet souple ou un autre TIM souple peut relier les zones de mémoire à un couvercle ou à une plaque froide. Le matériau doit transférer la chaleur sans exercer une force excessive sur le boîtier. Il doit également maintenir le contact après des cycles thermiques. Un coussinet plus dur et à plus haute conductivité n'est pas automatiquement plus sûr. Le boîtier peut préférer la souplesse à ce que le tableur préfère en W/mK.

Les architectures de mémoire émergentes rendent cela encore plus important. SK hynix a décrit publiquement un concept d'iHBM qui ajoute des éléments de refroidissement près des futures interfaces HBM. Il s'agit d'une orientation au niveau du boîtier, et non d'une recommandation de coussinet interchangeable, mais cela illustre l'attention portée par l'industrie : la chaleur de la mémoire n'est plus un bruit de fond secondaire.

VRM, étages de puissance et bobines d'induction

Un module accélérateur nécessite une conversion de puissance substantielle. Les MOSFET, les étages de puissance intégrés, les circuits de commande et les inductances peuvent produire une chaleur concentrée autour du GPU. Leurs hauteurs et formes de surface varient, ce qui rend difficile l'accouplement direct d'une plaque froide plate.

Les tamis, les pâtes et les produits de comblement d'interstices jetables sont des candidats courants. Une isolation électrique peut être nécessaire si la plaque de refroidissement est conductrice ou si des nœuds exposés se trouvent à proximité. Pour les inductances, la surface de contact peut être inégale, de sorte que la conformité a son importance. N'appuyez pas un tampon rigide sur un boîtier fragile simplement parce que l'inductance voisine peut le tolérer.

Plaques arrière de GPU et cadres de renfort

Une plaque arrière peut fournir un support mécanique et un chemin thermique secondaire. Des tampons peuvent relier les zones arrière chaudes à cette plaque. C'est courant dans les cartes d'extension et cela peut également apparaître dans les modules de serveurs ou le matériel d'IA en périphérie.

Le refroidissement par plaque arrière doit être évalué dans le cadre de l'assemblage complet. Des coussinets épais peuvent courber un circuit imprimé si les entretoises et les vis ne supportent pas la charge. De plus, une plaque arrière tiède a toujours besoin d'un endroit pour évacuer la chaleur. Une feuille de métal n'est un réservoir thermique que pour une courte durée ; elle finit par avoir besoin d'un flux d'air, d'un châssis ou d'un autre chemin thermique.

Interfaces réseau, redessinateurs et silicium de commutation

Les serveurs GPU contiennent également des cartes réseau ultra-rapides, des DPU, des retimers, des commutateurs PCIe et des composants de fabric. Ces dispositifs peuvent utiliser leurs propres dissipateurs thermiques ou être reliés au capot du serveur. Un coussinet découpé à l'emporte-pièce peut simplifier le positionnement lorsque l'espace est connu et que le capot est retiré lors de la maintenance.

SSD, contrôleurs et calcul auxiliaire

Les disques NVMe, les contrôleurs BMC, les processeurs et les accélérateurs de stockage ajoutent de plus petites sources de chaleur dans tout le châssis. Des pads thermiques peuvent les relier à des supports ou à des dissipateurs de chaleur guidés par le flux d'air. L'objectif de conception peut être la fiabilité et l'uniformité de la température plutôt que le flux thermique maximal.

Propriétés des pads thermiques qui comptent plus que les chiffres marketing

L'interface installée est régie par la conductivité thermique, l'épaisseur, la résistance de contact, la compression, la surface, la planéité de surface et le vieillissement. Une valeur élevée en W/mK décrit une propriété de matériau selon une méthode établie. Elle ne permet pas à elle seule de prédire la température du point chaud du GPU. Les ingénieurs doivent comparer les pads candidats sous des conditions d'épaisseur et de pression réalistes, puis confirmer les performances dans le module complet.

Conductivité thermique vs. Impédance thermique

La conductivité thermique indique la facilité avec laquelle la chaleur traverse le matériau en vrac. L'impédance ou la résistance thermique décrit la pénalité de température d'une condition d'interface particulière. Pour une couche uniforme simple :

R = t / (k x A)

Voici, t est l'épaisseur, k est la conductivité et A est la zone de contact. Les vrais joints ajoutent une résistance de contact sur les deux surfaces. Donc, oui, un pad de 12 W/mK peut perdre face à un pad de 6 W/mK plus souple si le premier est plus épais ou s'il touche à peine la surface.

Lire Conductivité thermique vs Impédance thermique dans le choix des TIM et Pourquoi une conductivité thermique élevée ne signifie pas toujours un meilleur refroidissement avant de comparer les valeurs globales.

Épaisseur du trait de liaison et l'écart réel

Mesurer l'intervalle assemblé minimal, nominal et maximal. Inclure la hauteur du boîtier, la tolérance des composants, la variation de la soudure, la courbure de la carte, la planéité de la plaque froide, la compression du joint, la séquence de fixation et la dilatation thermique.

Le patin sélectionné doit entrer en contact à l'entrefer maximal et rester en dessous de la limite d'effort à l'entrefer minimal. Ajouter 1 mm “ par sécurité ” n'est pas sans conséquence. Une épaisseur supplémentaire allonge le chemin thermique et augmente généralement la charge.

Haktak guide de sélection de l'épaisseur du pad thermique et guide des tolérances d'épaisseur expliquer le processus d'empilement plus en détail.

Compression, module et force totale

La compression chasse l'air et aide le matériau à épouser les formes. Une compression insuffisante entraîne un contact partiel. Une compression excessive peut courber un carte, surcharger les joints de soudure, foirer des composants ou perturber l'interface principale entre le GPU et la plaque froide.

La force totale est égale à la pression multipliée par la surface. Ce fait simple prend les équipes au dépourvu. Un coussinet qui semble mou entre deux doigts peut créer une charge importante lorsqu'il couvre un grand module.

Ne substituez pas la dureté à une courbe de compression. Demandez des données de contrainte-déformation ou de compression-flexion à l'épaisseur et à la température pertinentes. Puis lisez Comment la compression affecte la performance des coussinets thermiques et Taux de compression du pad thermique : quel est le niveau suffisant ?.

Isolation électrique

De nombreux coussinets en polymère chargés de céramique sont électriquement isolants. Le graphite et certains matériaux spéciaux à haute performance ne le sont pas. Déterminez si le coussinet croise des conducteurs exposés, des étages de puissance ou du matériel de refroidissement mis à la terre. La rigidité diélectrique, la résistivité volumique, la résistance au perçage, ainsi que les lignes de fuite et les dégagements font partie intégrante du plan de sécurité électrique global.

IEC 60243-1 porte sur les essais de rigidité diélectrique des matériaux isolants solides aux fréquences industrielles. Un bon résultat favorise la sélection des matériaux, mais ne certifie pas l'ensemble du serveur. Le guide de Haktak sur pads thermiques isolants électriques ajoute un contexte pratique.

Déformation rémanente sous contrainte et contact à long terme

Les serveurs d'IA peuvent fonctionner en continu sous une charge de serrage constante. Avec le temps et la température, un patin en polymère peut se détendre ou subir une déformation permanente. La pression de contact peut chuter, en particulier après des cycles ou un démontage pour maintenance.

Demandez comment la déformation rémanente sous compression a été mesurée : le temps, la température, le taux de compression et la période de reprise ont tous leur importance. Validez ensuite les performances thermiques après vieillissement dans l'empilement réel. Un échantillon non utilisé peut paraître parfait alors que l'interface perd silencieusement sa marge après des mois de charge.

Vidange, assèchement et stabilité de phase

L'expulsion est plus souvent abordée avec les graisses, les gels et les matériaux à changement de phase qu'avec les pads solides. Une expansion répétée peut éloigner un TIM souple de la zone chaude. L'assèchement ou la séparation peuvent également altérer les performances. Les pads solides résistent à l'écoulement libre, mais ils peuvent fluer, se déchirer ou s'extruder en cas de surcompression.

Aucun format n'est immunisé contre le vieillissement. Le mode de défaillance change simplement de vêtements.

Matériaux de pads thermiques pour serveurs GPU

La plupart des coussinets thermiques utilisent un liant polymère chargé de particules thermoconductrices. Les élastomères de silicone sont courants car ils peuvent être souples, stables et faciles à transformer. Les liants sans silicone conviennent aux systèmes sensibles à la contamination. Les charges céramiques favorisent la conduction et l'isolation électrique, tandis que le graphite assure une forte diffusion thermique mais est électriquement conducteur et anisotrope.

Paiements thermiques en silicone

Pads thermiques en silicone couvrant une large gamme d'épaisseurs, de niveaux de dureté et de performances thermiques. Ils peuvent épouser la forme des boîtiers HBM, des régulateurs de tension (VRM), de la mémoire et des composants situés à l'arrière tout en restant faciles à découper à l'emporte-pièce.

Les problèmes potentiels incluent la migration de siloxanes, le suintement d'huile de silicone ou les restrictions de matériaux du client. Ces problèmes sont spécifiques à l'application. Un tampon en silicone n'est pas automatiquement sale, et un tampon sans silicone n'a pas automatiquement un faible dégagement gazeux. Définissez le risque réel.

Pads thermiques sans silicone

Pads thermiques sans silicone peut être exigé à proximité de contacts sensibles, de matériel optique, de procédés de revêtement ou de collage, ou lorsqu'un hyperscaler tient à jour une liste de matériaux restreints. Clarifiez ce que signifie “ sans silicone ” dans le projet et si un test d'analyse ou de dégagement gazeux spécifique est requis.

Voir Comprendre les matériaux thermiques sans silicone et Qu'est-ce qu'un matériau thermique à faible dégagement de gaz ? pour la différence entre la chimie et les émissions mesurées.

Feuilles de graphite et coussinets thermiques en graphite

Coussins thermiques en graphite peuvent propager la chaleur latéralement à partir d'un point chaud local. Leur conductivité dans le plan est souvent beaucoup plus élevée que la conductivité dans l'épaisseur. Ils sont également conducteurs d'électricité et généralement moins souples que les coussinets thermiques épais en élastomère.

Le graphite peut compléter un coussin thermique en diffusant la chaleur avant qu'elle n'atteigne une surface de refroidissement plus vaste. Il ne doit pas être spécifié comme un matériau de remplissage d'interstice épais et générique, à moins que la construction ne soit conçue pour cet usage.

Films armés et isolants

Le renforcement en fibre de verre ou en polymère améliore la maniabilité, la résistance à la déchirure et la stabilité dimensionnelle. Tissu en silicone thermique peut convenir à des joints isolants électriques minces dont les surfaces sont relativement planes. Le renfort peut toutefois réduire la conformité, il convient donc de vérifier le contact sur des inducteurs inégaux ou des composants de hauteurs diverses.

Charges céramiques et choix des liants

Les charges isolantes électriques courantes comprennent l'oxyde d'aluminium, le nitrure de bore et d'autres systèmes céramiques. La formulation influe sur la conductivité, la souplesse, la densité, le comportement de surface et le coût. Une plus grande quantité de charge peut accroître la conductivité mais peut aussi augmenter la rigidité. La meilleure formulation est un équilibre, ce qui est une réponse un peu ennuyeuse mais honnête.

Pad thermique, graisse thermique, PCM, gel ou pâte de remplissage d'interstice liquide ?

Utilisez un coussin thermique lorsque l'espace est défini, que le positionnement de la découpe apporte de la valeur et que la reprise ou la propreté importent. Utilisez de la graisse ou un matériau à changement de phase pour les interfaces primaires minces et serrées. Envisagez un gel, un mastic ou un matériau de remplissage liquide pour les pièces délicates, la topographie complexe ou les variations importantes d'espacement. Le refroidissement liquide modifie le dissipateur thermique, et non cette logique d'interface de base.

Est-ce que le refroidissement liquide élimine les coussinets thermiques ?

Non. Le refroidissement liquide direct par puce remplace ou assiste le dissipateur thermique à air, mais la chaleur traverse toujours les interfaces du boîtier et des composants avant d'entrer dans la plaque froide. Des pads peuvent subsister autour de la HBM, des dispositifs d'alimentation, des retimers et des plaques arrière. En fait, une meilleure plaque froide peut faire de la résistance thermique interne une part plus importante de l'élévation totale de température.

Le Article de l'Open Compute Project sur les plateformes d'entraînement à l'IA de Meta note que la résistance interne du boîtier, le contrôle du gauchissement et la mise en œuvre de l'interface thermique (TIM) deviennent de plus en plus importants pour les modules à haute puissance. Le liquide est puissant, mais il ne peut pas surmonter un mauvais contact.

Les systèmes refroidis par air, refroidis par liquide et par immersion nécessitent des réponses différentes

L'architecture de refroidissement définit les conditions aux limites autour de chaque TIM. Les serveurs refroidis par air dépendent fortement de la résistance du dissipateur, du flux d'air et de la température d'entrée. Le refroidissement liquide direct rapproche une plaque froide de la puce, mais ajoute des contraintes de température, de débit et de pression du fluide de refroidissement. L'immersion modifie les questions de compatibilité des matériaux et d'étanchéité. Une spécification de pad ne doit pas être copiée aveuglément pour les trois.

Serveurs GPU refroidis par air

Le refroidissement par air reste pratique pour de nombreux accélérateurs PCIe, serveurs d'inférence, systèmes de périphérie (edge) et racks à plus faible densité. Des pads connectent souvent la mémoire et les VRM au dissipateur thermique principal ou à la plaque arrière. La courbe de ventilation, la résistance des ailettes et la recirculation déterminent l'utilité de ces chemins.

Une pression excessive du caloduc peut soulever légèrement le dissipateur thermique principal de l'interface du GPU. Cela crée la situation étrange où la mémoire devient plus froide tandis que le point chaud du GPU chauffe. Les vérifications des contacts et l'ordre de serrage des fixations ont leur importance.

Refroidissement liquide direct sur puce

Les plaques froides permettent d'évacuer des charges thermiques élevées tout en réduisant la puissance des ventilateurs et en assurant un contrôle plus précis de la température. L'ASHRAE souligne que le refroidissement par liquide revêt une importance croissante, car la densité thermique des composants électroniques dépasse progressivement les capacités du refroidissement par air. Le système doit coordonner l'alimentation en eau de l'installation, une unité de refroidissement central (CDU) ou une boucle de refroidissement technique, les plaques froides, les raccords rapides, les commandes et les dispositifs de détection des fuites.

Au niveau des composants, la planéité de la plaque froide et le gauchissement du module méritent une attention particulière. Une plaque froide peut entrer en contact avec le boîtier principal par le biais d'un TIM mince, tandis que des îlots de contact séparés atteignent la HBM ou les parties liées à l'alimentation. Ces îlots de contact ne doivent pas empêcher la plaque de reposer sur l'interface principale.

Refroidissement par immersion

L'immersion monophasée ou diphasée place le matériel dans un fluide diélectrique. Les pads traditionnels côté air peuvent gonfler, ramollir, lixivier des additifs ou perdre de leur pouvoir collant selon la chimie du fluide. Certaines interfaces nécessitent encore des TIM solides, mais la compatibilité doit être testée avec le fluide d'immersion exact, la température et le temps d'exposition.

Ne vous contentez pas d'une mention générique “ résistant à l'huile ”. Les fluides d'immersion diffèrent. Il en va de même pour les liants et les charges des tampons.

Refroidissement hybride

De nombreux serveurs dotés d'IA utilisent un liquide pour refroidir les GPU et les CPU, tandis que l'air assure le refroidissement de la mémoire, des dispositifs de stockage, des blocs d'alimentation et des composants réseau. Le cadre de référence de l'ASHRAE décrit cette réalité mixte à l'échelle de l'installation. Un plan thermique au niveau du serveur doit prendre en compte ces deux circuits thermiques, car les charges résiduelles refroidies par air continuent d'influencer la température d'entrée et la consommation énergétique des ventilateurs.

Un flux de travail pratique pour la sélection des coussinets thermiques

Commencez par l'assemblage, et non par un filtre de catalogue. Cartographiez les sources de chaleur et les surfaces de refroidissement, calculez la plage complète d'intervalles, définissez les limites de force des composants et estimez l'élévation de température admissible à l'interface. Ensuite, analysez les familles de matériaux, prototypez des pièces de type production et validez le serveur alimenté dans des conditions environnementales et de service.

1. Cartographier l'empilement thermique

Identifiez le GPU, la HBM, les VRM, les inductances, les cartes réseau (NIC), les retimers, les CPU, les SSD et les contrôleurs de support. Enregistrez la puissance attendue, les limites de température et la surface de refroidissement prévue. Marquez les plaques partagées car la pression des pads d'un composant peut affecter le contact d'un autre composant.

2. Construire la chaîne de cotes

Combinez la hauteur des composants, la soudure, le gauchissement du boîtier et du circuit imprimé, la planéité de la plaque froide, les entretoises, la position des vis, la charge du joint et la variation de fabrication. Utilisez des écarts minimum, nominal et maximum. Mesurez plusieurs prototypes, pas seulement le plus beau.

3. Définir le budget de force

Obtenir les limites de charge des composants et des cartes. Convertir la compression des plots en pression à l'aide des courbes du fournisseur, puis multiplier par la surface de contact. Vérifier la répartition des charges et les emplacements des supports. Pour les plaques froides à îlots multiples, analyser chaque région et l'effet combiné.

4. Définir la cible thermique

Utilisez la puissance et l'élévation de température admissible pour estimer les besoins en résistance thermique d'interface. Incluez la température de la plaque froide ou du dissipateur thermique. Un coussin thermique ne peut pas compenser un liquide de refroidissement déjà trop chaud ou un flux d'air qui n'atteint jamais les ailettes.

5. Ajouter les exigences électriques et de propreté

Précisez si le matériau doit isoler, répondre à une classe d'inflammabilité, éviter le silicone, limiter le dégagement gazeux ou résister à un fluide d'immersion. Évitez les expressions vagues telles que “ qualité serveur ”. Les conditions et les critères de réussite sont beaucoup plus utiles.

6. Comparez les formats, pas seulement les notes

Déterminez si, pour chaque joint, il vaut mieux utiliser une pastille, un gel, un mastic, un produit de remplissage liquide, de la graisse ou du PCM. Un serveur peut nécessiter quatre types de matériaux différents. C'est tout à fait normal. Essayer d'imposer un seul matériau partout peut certes simplifier la nomenclature, mais compliquer tout le reste.

7. Prototyper la pièce convertie

Utilisez la forme prédécoupée prévue, le support, la languette de traction et le processus de placement. Un coupon carré ne doit pas laisser apparaître de désalignement, de confusion au niveau du support, d'air emprisonné ou d'interférence avec les connecteurs. Si une automatisation est prévue, testez la présentation et la prise en main le plus tôt possible.

8. Valider le matériel alimenté

Mesurez les indicateurs de surchauffe et de points chauds du GPU, la température de la mémoire HBM ou de la mémoire, la température du VRM, les conditions à l'entrée et à la sortie de la plaque de refroidissement, le débit du liquide de refroidissement ou le flux d'air du serveur, les conditions ambiantes et la consommation électrique. Exécutez des charges représentatives d'entraînement ou d'inférence, et non pas uniquement une brève séquence allant du repos au pic de charge.

9. Âge, Service et Nouveau test

Exécutez les séquences requises de température, d'humidité, de vibration et de cycles d'alimentation. Répétez ensuite les tests thermiques et inspectez l'interface. Ouvrez et réassemblez le matériel réparable pour voir si le coussinet se déchire, se déplace ou prend une déformation permanente.

Besoin de matériaux candidats pour une construction ? Demander des échantillons de pads thermiques avec votre plage d'entrefer, votre zone de contact, votre limite d'effort, votre carte de puissance et votre méthode de refroidissement.

Comment valider les pads thermiques dans le matériel des serveurs d'IA

La validation doit établir un lien entre les propriétés du matériau et les performances au niveau du serveur. Commencez par effectuer des contrôles dimensionnels et mécaniques, puis mesurez les températures en fonctionnement dans des conditions limites contrôlées. Poursuivez par des essais de vieillissement et d'exposition environnementale, puis répétez enfin l'essai thermique. Cette comparaison « avant-après » met en évidence les pertes de contact qu'un échantillon neuf, tel qu'il figure dans la fiche technique, ne peut pas révéler.

Vérifier le contact avant de chercher à atteindre la température

Utilisez un film sensible à la pression, des repères témoins, un démontage contrôlé, la métrologie ou d'autres méthodes appropriées pour inspecter la couverture de contact. Vérifiez que les îlots de pastilles n'empêchent pas l'interface principale de la plaque froide de reposer correctement.

L'inspection par contact peut économiser des jours. Si un seul coin touche, aucun polissage CFD ne sauvera le test.

Conditions limites d'enregistrement

Pour le refroidissement par air, enregistrez la température d'entrée, le débit d'air, la vitesse du ventilateur, la pression et la configuration des cartes adjacentes. Pour le refroidissement liquide, enregistrez le type de liquide de refroidissement, la température d'entrée, le débit et la perte de charge. Enregistrez la puissance réelle du GPU ou de la carte dans les deux cas.

Sans conditions aux limites, deux résultats thermiques ne sont que deux chiffres portant des manteaux différents.

Surveillez plus que la température du cœur du GPU

Surveillez les températures du point chaud (hotspot), de la HBM/mémoire, du VRM, de la carte et de la surface de refroidissement là où les capteurs ou les méthodes de test le permettent. Un nouveau thermal pad peut améliorer un composant et en aggraver un autre en modifiant la position de la plaque ou le flux d'air.

Utiliser des charges de travail pertinentes

L'entraînement en IA, l'inférence, les collectives de communication et les tests gourmand en mémoire sollicitent différentes parties du système. Un benchmark intensif en calcul peut chauffer le GPU différemment d'une charge de travail liée à la bande passante mémoire. Testez le mix d'applications attendu ainsi qu'un pire cas défini.

Nouveau test après vieillissement

Les cycles thermiques, le stockage à haute température, la chaleur humide, les vibrations et les cycles de puissance peuvent révéler une perte de compression, le fluage, des craquelures, de la corrosion ou un déplacement de matière. La séquence doit correspondre aux exigences du produit et au risque, et non constituer une liste aléatoire copiée d'un autre serveur.

Pannes courantes des pads thermiques de GPU et ce qu'elles signifient généralement

Des températures de point chaud élevées, une surchauffe de la mémoire et des résultats incohérents d'un serveur à l'autre indiquent souvent un problème de géométrie ou de contact avant d'évoquer une conductivité insuffisante. Une mauvaise épaisseur, une rigidité excessive, un mauvais positionnement de la découpe, un gauchissement de la plaque froide et un serrage inégal des vis sont des causes fréquentes. Les travaux de remplacement ajoutent un autre risque : le changement d'un seul pad peut perturber l'interface principale du GPU.

Le coussinet est trop épais

Un caloduc ou un pad VRM trop épais peut empêcher le dissipateur thermique de reposer correctement sur le cache du GPU. La température du cœur ou du point chaud augmente malgré une meilleure conductivité thermique du pad de remplacement. C'est l'un des thèmes les plus récurrents dans les discussions sur la réparation des GPU.

Le coussin est trop fin

Le coussinet peut sembler installé mais ne jamais se comprimer. La température de la mémoire augmente, ou les résultats varient selon l'orientation du châssis et les vibrations. Des marques de témoin peuvent indiquer un contact partiel ou inexistant.

Le coussin est trop dur

Un matériau dur peut transférer des charges vers la mémoire HBM, les inductances, les joints de soudure ou le PCB. Il peut également résister à l'adaptation aux surfaces gauchies. Demandez la contrainte de compression, pas seulement la dureté Shore.

Le coussin glisse ou prend sa forme

Après une longue charge à haute température, le patin peut ne pas récupérer. La pression de contact chute. Le serveur réussit les tests initiaux et perd de la marge par la suite, ce qui est exactement le genre de problème que personne n'aime expliquer lors du déploiement d'un parc.

La pompe TIM principale se met en marche

La température du GPU peut dériver même lorsque les coussinets secondaires sont en bon état. Une expansion thermique répétée peut déplacer la graisse de la zone chaude centrale. Un matériau à changement de phase (PCM) adapté ou une formulation plus résistante à l'effet de pompage (pump-out) peut aider, mais le système de montage et l'état de la surface doivent également être vérifiés.

Les doublures ou films de protection restent en place

Oui, cela se produit toujours. Des doublures fendues, des couleurs de film similaires et un assemblage précipité rendent cela possible. Utilisez des languettes de traction évidentes, des instructions de travail visuelles et un emballage détrompeur (poka-yoke).

Les coussinets se déplacent pendant le service

Les patins adhésifs peuvent s'étirer ou se déchirer lors du retrait de la plaque réfrigérante. Les patins non adhésifs peuvent tomber ou se déplacer lors du remontage. Précisez si les patins sont réutilisables et incluez des patins de rechange dans le kit d'entretien si nécessaire.

Normes et recommandations industrielles à connaître

Aucune norme unique ne certifie qu'un coussin thermique convient à tous les serveurs d'IA. Les méthodes ASTM permettent de caractériser la transmission thermique, les méthodes IEC peuvent prendre en charge les tests électriques et environnementaux, la norme UL 94 traite de l'inflammabilité des matériaux à petite échelle, et les directives ASHRAE/OCP encadrent les conditions des centres de données et du refroidissement liquide. Le plan de test du produit doit relier ces éléments.

Utiliser la révision actuelle exigée par le client. Les méthodes d'essai et les éditions changent. De plus, ne comparez les données que lorsque l'épaisseur, la pression, la température, le montage et la construction du matériau sont compris.

Pour en savoir plus, consultez le guide de Haktak consacré à normes communes de test TIM et Comment la conductivité thermique est mesurée.

Un exemple réaliste de plaque froide pour accélérateur d'IA

Imaginez un accélérateur de style OAM avec un boîtier central, des régions HBM adjacentes et des étages d'alimentation autour du bord. Une plaque froide liquide touche le boîtier par le biais d'une fine TIM primaire. Des îlots séparés s'étendent sur la mémoire et les VRM. Le dessin montre des jeux nominaux, mais les mesures sur prototype révèlent la planéité de la plaque et la variation de coplanarité du boîtier.

Le premier assemblage utilise une seule nuance de coussinet ferme à haute conductivité sur chaque îlot secondaire. Les températures de la mémoire sont correctes. La température du point chaud du GPU est cependant pire que prévu. L'inspection du contact montre que les coussinets épais du VRM supportent trop de charge et soulèvent légèrement la plaque au-dessus du composant principal.

La solution n'est pas nécessairement un TIM principal plus conductif. Une investigation judicieuse devrait :

1. Mesurer les espaces minimum et maximum à chaque îlot.
2. Enregistrer la planéité de la plaque froide et la coplanarité du boîtier.
3. Calculer la force combinée de toutes les zones de patins.
4. Utilisez des patins plus souples ou plus fins là où la charge est excessive.
5. Envisagez un matériau de remplissage d'interstice en gel ou liquide sur les composants les plus variables.
6. Vérifiez à nouveau le contact de l'interface principale après le changement.
7. Exécutez les tests de température du GPU, de la HBM et du VRM dans les mêmes conditions de puissance et de liquide de refroidissement.
8. Faites vieillir l'ensemble et répétez les mesures.

Peut-être que la conception finale utilise un matériau à changement de phase (PCM) mince ou de la graisse thermique au niveau de TIM2, des pads mous sur la HBM et un matériau de remplissage d'interstice (gap filler) dispensable sur les composants de puissance de hauteurs mixtes. Cette solution mixte n'est pas de l'ingénierie brouillonne. C'est chaque interface qui reçoit le matériau dont elle a besoin.

Aucun fournisseur responsable ne peut promettre une baisse spécifique de la température d'un GPU à partir d'une simple photo. La géométrie, la puissance, le liquide de refroidissement et le montage dictent le résultat. La sélection des matériaux affine les choix ; la validation matérielle tranche le débat.

Tampons thermiques découpés sur mesure pour la production de serveurs IA

Un coussinet thermique de production est plus qu'un rectangle découpé dans une feuille. L'emplacement des trous, les zones interdites, les îlots de coussinets, l'épaisseur, le pouvoir collant, le renforcement, la conception du support, les languettes de traction, la présentation et l'emballage ont tous une incidence sur le placement et le rendement. Une bonne conception de conversion réduit également le risque qu'un opérateur laisse un film en place ou installe la pièce à l'envers.

Haktak peut discuter de :

• Tampons découpés sur mesure pour HBM, VRM, mémoire, cartes réseau (NIC), retimers et plaques arrière.
• Surfaces de manipulation adhésives d'un côté, adhésives des deux côtés ou non adhésives.
• Séparateurs et languettes pour l'assemblage des plaques eutectiques.
• Renforcement pour les géométries grandes, minces ou étroites.
• Feuilles prédécoupées (kiss-cut) ou formats sur support pour la pose manuelle et automatisée.
• Plusieurs épaisseurs ou matériaux dans un même assemblage de serveur.
• Échantillons de prototypes suivis d'une conversion en volume de production.
• Étiquettes de pièces, contrôle des révisions, traçabilité des lots et conditionnement orienté.
• Développement de matériaux lorsqu'une nuance standard n'atteint pas l'objectif de souplesse, de conductivité ou de propreté.

Le service de développement de matériaux sur mesure est plus productif lorsque la demande comprend des limites mesurables. “ Très souple, très conducteur et très bon marché ” est un souhait familier. Une cartographie des jeux et un budget d'efforts constituent de meilleures données d'ingénierie.

Contrôle qualité et questions aux fournisseurs pour le matériel de centre de données

Le matériel à l'échelle de la flotte nécessite une cohérence d'un lot à l'autre, une traçabilité et un changement contrôlé. La qualification doit couvrir le matériau de base et la pièce transformée, car l'épaisseur, la précision de la découpe à l'emporte-pièce, l'orientation du support et la contamination peuvent affecter l'assemblage. Les acheteurs doivent aligner l'inspection des marchandises entrantes sur les risques réels plutôt que de rassembler de la paperasse qui n'arrive jamais sur la chaîne de production.

Demandez au fournisseur comment il contrôle :

• Identité des matières premières et traçabilité des lots.
• Épaisseur, tolérance et échantillonnage d'essai.
• Dimensions de découpe, trous, qualité des bords et débris.
• Côté adhésif, type de protecteur, force de décollement et orientation de la languette.
• Défauts visuels, plis, déchirures et particules piégées.
• Manipulation et conditionnement propres là où la contamination importe.
• Étiquetage de la durée de conservation et conditions de stockage.
• Inspection du premier article et échantillons de référence approuvés.
• Notification de changement de procédé, de formulation, de doublage et de fournisseur.
• Maîtrise des non-conformités et ségrégation des lots.

Les grands coussinets souples ont besoin d'un support pendant le transport afin de ne pas s'étirer ou se froisser. De petits îlots peuvent être fournis sur un support commun pour préserver leur positionnement. Si un robot doit prélever la pièce, discutez de la disposition des feuilles, de la rigidité du support, de la zone de préhension et du contraste de vision avant que l'outillage ne soit figé.

Liste de contrôle d'achat pour les coussinets thermiques de serveurs GPU

Envoyez un dossier technique compact avec la demande de prix (RFQ). Les fournisseurs peuvent répondre plus précisément lorsqu'ils connaissent l'interface, et pas seulement la phrase “ meilleur coussin thermique pour GPU ”. Les projets en phase préliminaire peuvent utiliser des plages de valeurs, mais cacher la limite mécanique entraîne généralement des cycles d'échantillonnage supplémentaires et une qualification plus lente.

Inclure:

• Facteur de forme serveur, accélérateur ou module.
• Noms des composants et limites estimées de puissance ou de température.
• Architecture de refroidissement par air, par liquide direct, par immersion ou hybride.
• Matériau, état de surface et planéité de la surface de refroidissement.
• Jeux minimal, nominal et maximal par emplacement.
• Zone de contact et plan de découpe.
• Charge de serrage maximale des composants, de la carte et totale.
• Résistance thermique cible ou élévation de température autorisée.
• Exigences en matière d'isolation électrique et de tension.
• Plages de températures de fonctionnement, de stockage et d'utilisation.
• Exposition à l’humidité, aux vibrations, aux fluides d’immersion ou aux contaminations.
• Exigences relatives à l’absence de silicone, au dégazage, à l’inflammabilité et aux substances soumises à restriction.
• Préférences en matière d’adhésivité, de support antiadhésif, de languette de préhension et de positionnement.
• Quantité de prototypes, volume annuel et lieu de fabrication.
• Rapports d’essais requis, traçabilité et modalités de contrôle des modifications.

Demandez des échantillons représentatifs ainsi que la construction exacte prévue pour la production. Si deux matériaux semblent proches, testez-les tous deux dans des conditions identiques de puissance et de refroidissement. Un deuxième jeu d’échantillons coûte bien moins cher que de reprendre la qualification une fois la conception du rack arrêtée.

Prêt pour l’examen du matériau ? Contacter Haktak pour des échantillons, une fiche technique, une assistance personnalisée pour la découpe à l’emporte-pièce ou une recommandation de matériau de comblement des jeux.

Questions fréquemment posées sur les serveurs d’IA et les pads thermiques GPU

1. Les GPU haute puissance utilisent-ils des pads thermiques sur la puce GPU ?

Pas généralement sous la forme d’un pad de comblement d’espace épais classique. La puce ou le couvercle de boîtier GPU utilise normalement une fine graisse, un matériau à changement de phase, un film, une interface de boîtier brasée ou un autre TIM à faible résistance. Les pads sont plus courants sur les HBM, les VRM, la mémoire, les plaques arrière et les composants présentant des espaces plus importants.

2. Quelle est la conductivité thermique optimale pour un pad thermique destiné à un serveur d’IA ?

Il n’existe pas de valeur universellement optimale. Comparez l’impédance thermique une fois installé, l’épaisseur, la pression de contact, la souplesse et le vieillissement. Un pad avec une valeur de W/mK plus faible qui assure un contact complet peut être plus performant qu’un pad plus dur avec une valeur de W/mK élevée qui maintient la plaque froide à distance du composant.

3. Quelle épaisseur doivent avoir les pads thermiques de la mémoire GPU ?

Utilisez les valeurs mesurées minimale, nominale et maximale du jeu pour le module et la plaque froide concernés. Ne reprenez pas l’épaisseur d’un autre modèle GPU. Une épaisseur insuffisante empêche tout contact ; une épaisseur excessive peut accroître l’effort et perturber l’interface GPU principale.

4. Un pad thermique plus épais peut-il augmenter la température de GPU ?

Oui. Cela allonge le chemin thermique et peut soulever ou incliner le dissipateur thermique ou la plaque froide. La température de la mémoire peut s’améliorer tandis que celle du point chaud GPU augmente. Vérifiez toutes les températures des composants après toute modification de l’épaisseur du pad thermique.

5. Puis-je superposer deux pads thermiques ?

La superposition ajoute une interface de contact supplémentaire et peut entraîner un glissement ou une déformation irrégulière. Il est généralement préférable d’utiliser un seul pad, gel ou matériau de comblement liquide correctement dimensionné. Une superposition temporaire peut faciliter l’analyse d’un jeu, mais ne doit pas être adoptée en production sans validation.

6. Les pads thermoconducteurs doivent-ils être comprimés ?

Oui, la plupart des pads thermiques nécessitent une compression contrôlée pour épouser les surfaces et chasser l’air. Le taux de compression approprié dépend de la courbe du matériau et de la force maximale admissible pour l’assemblage. Une compression plus élevée n’est pas toujours préférable, notamment sur les HBM, les BGAs et les cartes serveur minces.

7. La pâte thermique est-elle préférable à un pad thermique pour un GPU ?

Pour une jonction mince, plane et serrée entre un boîtier GPU et un dissipateur thermique, une pâte, une graisse ou un PCM permet souvent d’obtenir une couche d’interface plus mince. Pour la mémoire, les VRM et les jeux variables, un pad thermique ou un matériau de comblement est généralement plus pratique. Ces solutions répondent à des contraintes mécaniques différentes.

8. Le refroidissement liquide élimine-t-il le besoin de TIM ?

Non. La chaleur traverse toujours les interfaces internes du boîtier ainsi que la jonction entre le boîtier et la plaque froide. Les pads peuvent également relier HBM, les VRM et les composants secondaires à la plaque froide. Un meilleur refroidissement liquide peut rendre la résistance d’interface plus visible, et non moins.

9. Pourquoi la température du point chaud de GPU a-t-elle augmenté après le remplacement des pads ?

Les causes courantes comprennent des pads trop épais ou trop durs, un serrage irrégulier des vis, une mauvaise application du TIM primaire, des pads déplacés ou une plaque froide qui ne repose plus à plat. Vérifiez à nouveau le contact et utilisez les spécifications mécaniques d’origine lorsqu’elles sont disponibles.

10. Les pads thermiques en graphite sont-ils sans danger autour des GPU ?

Le graphite peut bien diffuser la chaleur, mais il est électriquement conducteur. Il peut nécessiter une isolation, un contrôle des bords et un positionnement soigneux à proximité des petits composants. Il ne constitue pas un remplacement générique pour un pad d’espacement souple et électriquement isolant.

11. Qu’est-ce que le phénomène de pompage dans une interface thermique GPU ?

Le phénomène de pompage correspond au déplacement d’une graisse souple ou d’une pâte hors de la zone centrale de l’interface sous l’effet de cycles répétés de chauffage, de refroidissement et de dilatation mécanique. Il peut entraîner une hausse progressive de la température des points chauds. La rhéologie du matériau, l’état de surface, l’épaisseur du joint et la conception du montage ont tous une incidence sur ce phénomène.

12. Les pads thermoconducteurs pour serveurs peuvent-ils être réutilisés après une intervention sur la plaque froide ?

Uniquement si le matériau et la procédure d’intervention le permettent. Recherchez d’éventuels déchirures, déformations rémanentes après compression, contaminations, défauts d’alignement ou pertes de pouvoir collant. Pour les interventions contrôlées sur site, il est souvent plus sûr d’utiliser des pads de remplacement conditionnés avec la version appropriée.

13. Les serveurs d’IA nécessitent-ils des pads thermoconducteurs sans silicone ?

Uniquement lorsque le produit fait l’objet d’une restriction définie concernant le silicone, les siloxanes, les revêtements, les contacts ou la contamination. Une chimie sans silicone et un faible dégazage ne sont pas des caractéristiques équivalentes. Indiquer la méthode d’essai et le critère d’acceptation avant la sélection.

14. Quelles normes s’appliquent aux pads thermiques GPU ?

ASTM D5470 est couramment cité comme référence pour les essais de transmission thermique. IEC 60243-1 est utilisé pour les essais de rigidité diélectrique, IEC 60068 pour les méthodes d’essais environnementaux, et UL 94 peut être demandé pour l’inflammabilité. ASHRAE et OCP orientent les conditions de fonctionnement des serveurs et du refroidissement. Les exigences du projet déterminent leur applicabilité.

15. De quelles informations Haktak a-t-il besoin pour recommander un pad thermique ?

Fournissez le plan du composant et de la surface de refroidissement, la plage de jeu, la surface de contact, la limite de force, l’objectif thermique, les besoins électriques, la méthode de refroidissement, l’environnement de fonctionnement, la préférence pour le film protecteur et le volume prévu. Les cartographies de puissance, les photos et les données de planéité de la plaque froide sont également utiles.

Concevez l’empilement thermique autour de l’interface réelle

Le refroidissement des serveurs IA forme une chaîne. La plaque froide, la boucle de refroidissement et les installations du site sont importantes, mais les petites couches conformables en contact avec HBM, les VRM et le silicium environnant le sont tout autant. Un pad thermique est efficace lorsque son épaisseur, sa souplesse, sa conductivité et son comportement électrique correspondent à l’interface réelle. Il échoue lorsqu’il est choisi comme une rustine générique pour pallier l’incertitude.

Haktak fournit des matériaux thermiques standard et sur mesure pour l’électronique. Parcourir solutions de pads thermiques, comparez le plus large gamme de produits, ou demander une recommandation de matériau pour un serveur d’IA, un module d’accélérateur ou un assemblage GPU haute puissance.