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Anzahl Durchsuchen:0 Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2026-01-15 Herkunft:Powered
Wenn die GPU-Leistungsdichte auf über 700 W pro Chip ansteigt, verschwindet der Spielraum für thermische Fehler. Die ausschließliche Verwendung von Kupfer treibt die Kosten und das Gewicht des Racks in die Höhe, während reines Aluminium oft nicht die Wärmeflussanforderungen moderner KI-Cluster erfüllt. Wenn diese Materialien nicht richtig ausbalanciert werden, führt dies zu thermischer Drosselung, struktureller Belastung der Server-Racks und überhöhten Beschaffungskosten. Aus technischer Sicht liegt die Lösung nicht darin, das eine dem anderen vorzuziehen, sondern darin, Hybriddesigns und Präzisionsfertigung zu beherrschen, um die besten Eigenschaften beider zu nutzen.
Im Wettlauf um die Kühlung von Silizium der nächsten Generation wie NVIDIA H100 oder GB200 stehen Beschaffungsmanager und Ingenieure vor einem kritischen Dilemma: Wie können sie die steigende Nachfrage nach Kupfer bewältigen, ohne das Budget zu sprengen oder die Bodenlastgrenzen zu überschreiten?
Im Folgenden werde ich die technischen Kompromisse, die Herstellungsrealität und den Ansatz von Kingka Tech zur Lösung dieses thermischen Rätsels aufschlüsseln.
Der Gewichtsnachteil: Warum Aluminium für die Rackdichte unerlässlich ist
Hybride Designstrategie: Kombination von Cu-Kern und Al-Gehäuse
Fertigungspräzision: CNC-Herausforderungen in der Mikrokanalgeometrie
Zuverlässigkeitssicherung: Verhinderung von Lecks und Korrosion
Warum ist Kupfer immer noch die dominierende Wahl für die Wärmequellenschnittstelle?
Kupfer bleibt der Goldstandard für die Direktkontaktkühlung, da seine Wärmeleitfähigkeit (~398 W/m·K) fast doppelt so hoch ist wie die von Aluminium (~235 W/m·K). Für die Hochleistungs-GPU-Kühlung, insbesondere an der Chip-Schnittstelle, wo der Wärmefluss am stärksten konzentriert ist, ist Kupfer unerlässlich, um lokalisierte Hotspots zu verhindern, die zu einer sofortigen Drosselung des Siliziums führen. Während Kupfer deutlich teurer ist, überwiegen die Kosten für Ausfallzeiten oder verringerte Rechenleistung in einem KI-Rechenzentrum den Preisunterschied beim Rohmaterial bei weitem.
In unserer technischen Analyse bei Kingka Tech sehen wir eine klare Schwelle. Bei einer GPU-Leistungsdichte von mehr als 100 W/cm² kann Aluminium die Wärme unabhängig von der Durchflussrate einfach nicht schnell genug von der Quelle ableiten.
Die Rolle von Kupfer: Es fungiert als „Wärmeverteiler“, indem es die Wärme schnell vom kleinen Siliziumchip zu den breiteren Kanälen für flüssiges Kühlmittel transportiert.
Die Kostenrealität: Da die Kupferpreise möglicherweise 10.000 US-Dollar pro Tonne erreichen, ist die Verwendung eines massiven Kupferblocks für die gesamte Kühlplatte bei groß angelegten Einsätzen steuerlich unverantwortlich.
Technische Beratung:
Priorisieren Sie Kupfer ausschließlich für den „benetzten Bereich“ direkt über der GPU und den Speichermodulen. Für den umgebenden Verteiler und die Montagehalterungen führt die Bezahlung von Kupfer zu geringeren Erträgen.
Wie wirkt sich das Kühlplattenmaterial auf die Infrastruktur von Rechenzentren aus?
Wenn Server-Racks eine Dichte von über 100 kW erreichen, wird das Gewicht zu einem strukturellen Sicherheitsproblem. Kupfer ist ungefähr dreimal dichter als Aluminium (8,96 g/cm³ gegenüber 2,70 g/cm³), was bedeutet, dass ein vollständig aus Kupfer bestehender Flüssigkeitskühlkreislauf Hunderte von Kilogramm in ein einzelnes Rack bringen kann. Durch die Umstellung unkritischer Strukturkomponenten auf Aluminium können Ingenieure das Gesamtgewicht der Kühlplatte um 40–60 % reduzieren, sodass Rechenzentren mehr Recheneinheiten pro Quadratfuß bereitstellen können, ohne den Boden zu verstärken.
Wir haben uns kürzlich zu einem Projekt zur Flüssigkeitskühlung für Rechenzentren beraten , bei dem der Kunde ursprünglich Kühlplatten ausschließlich aus Kupfer wünschte.
Das Problem: Das projizierte Gewicht des Racks überstieg die Belastungsgrenze des Doppelbodens der Anlage.
Die Lösung: Wir haben die Baugruppe neu gestaltet. Die Mikrokanäle für die aktive Kühlung blieben aus Kupfer, aber die Verteilerabdeckung und der Montagerahmen wurden aus einer hochfesten Aluminiumlegierung gefertigt.
Ist es möglich, Kupfer und Aluminium zuverlässig und leckagefrei zu verbinden?
Ja, aber es sind spezielle Herstellungsverfahren erforderlich, um galvanische Korrosion zu verhindern und die strukturelle Integrität sicherzustellen. Eine Hybrid-Kühlplatte – mit einem Kupferkern zur Wärmeabsorption und einem Aluminiumkörper zur Flüssigkeitsverteilung – bietet das optimale Gleichgewicht zwischen Leistung, Gewicht und Kosten. Kingka Tech nutzt fortschrittliche Reibrührschweiß- (FSW) und Vakuumlöttechniken, um eine monolithische Verbindung zwischen diesen unterschiedlichen Metallen zu schaffen und so eine langfristige Haltbarkeit in Umgebungen mit hohem Durchfluss zu gewährleisten.
Bei einem aktuellen Auftrag für eine Hochfrequenz-Handelsserveranwendung war die thermische Belastung extrem.
Design: Wir haben einen Kupfereinsatz mit Skived-Fin-Technologie (große Oberfläche) entwickelt, der direkt auf dem ASIC sitzt.
Integration: Dieser Kupferkern wurde in ein CNC-gefrästes Aluminiumgehäuse eingebettet.
Ergebnis: Die Lösung bewältigte die GPU-Leistungsdichte effektiv und hielt gleichzeitig das Gewicht der einzelnen Kühlplatten unter 500 g, wodurch die Vibrations- und Schocktestanforderungen für den Versand bestückter Racks erfüllt wurden.
Wichtige Überlegung: Beim Mischen von Metallen muss die Chemie des Kühlmittels sorgfältig mit Inhibitoren kontrolliert werden, oder die Metalle müssen elektrisch isoliert werden, um zu verhindern, dass das Aluminium als Anode fungiert und korrodiert.
Wie wirkt sich die Materialauswahl auf die Komplexität der Herstellung von Strömungskanälen aus?
Die Schaffung der für eine effiziente Wärmeübertragung erforderlichen internen Mikrokanäle erfordert mehrachsige CNC-Präzision. Kupfer ist „gummiartig“ und schwer zu bearbeiten, was zu einem schnelleren Werkzeugverschleiß und längeren Zykluszeiten führt, während Aluminium schnellere Bearbeitungsgeschwindigkeiten und komplexe Verteilergeometrien ermöglicht. Kingka Tech nutzt mehrachsige CNC-Bearbeitungszentren, um komplexe interne Strömungswege zu erzeugen, die den Strömungswiderstand und die Wärmeübertragungseffizienz optimieren, unabhängig vom gewählten Material.
Designer übersehen oft den Zusammenhang zwischen Fertigungsdurchführbarkeit und Strömungsdynamik.
Kupfer: Am besten geeignet für gerade, hochdichte Rippenstrukturen (Abstände von 0,1 mm bis 0,3 mm), die durch Schälen oder Drahterodieren erzeugt werden.
Aluminium: Ideal für komplexe Verteilerverteiler, die das Wasser gleichmäßig über die Kupferlamellen leiten.
Unsere Einrichtung ist für beides gerüstet. Wir empfehlen häufig die Verwendung von CNC-Präzisionsbearbeitung , um Turbulenzen in der Kupfergrundplatte zu erzeugen und so die thermische Grenzschicht zu durchbrechen, um die Kühlleistung im Vergleich zu glatten Kanälen um 15–20 % zu verbessern.
Was ist der kritischste Validierungsschritt für hybride Flüssigkeitskühlplatten?
Das Albtraumszenario für jeden Rechenzentrumsbetreiber ist ein Kühlmittelleck. Um die Zuverlässigkeit sicherzustellen, sind strenge 100-prozentige Helium-Lecktests und Druckhaltetests erforderlich, um die Integrität von Dichtungen, Hartlötverbindungen und Schweißnähten zu validieren. Bei Kingka Tech implementieren wir strenge Luftdichtheits- und Druckbeständigkeitsprotokolle und testen Komponenten weit über ihren Betriebsdruck hinaus, um sicherzustellen, dass sie dem hydraulischen Schock beim Anfahren der Pumpe und im Langzeitbetrieb standhalten.
Wir versenden nicht nur Metall; Wir liefern validierte thermische Lösungen.
Drucktest: Normalerweise 1,5- bis 2-facher Betriebsdruck (z. B. 100–150 psi) über einen längeren Zeitraum.
Heliumschnüffeln: Erkennen mikroskopischer Lecks, die bei Wassertests möglicherweise übersehen werden.
Korrosionsanalyse: Bei Hybridplatten überprüfen wir die Beschichtungsintegrität (z. B. Nickelbeschichtung auf Kupfer), um die Kompatibilität mit der vom Kunden verwendeten spezifischen Glykol/Wasser-Mischung sicherzustellen.
Diese „Manufacturing-First“-Denkweise ist von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, Kunden bei der Umstellung von Luftkühlung auf Flüssigkeitskühlung für Rechenzentren zu unterstützen.
Wie kommt man von einem maschinell gefertigten Prototypen zu einem Serienprodukt?
Der Übergang von einem Funktionsmuster zur Massenproduktion erfordert häufig eine Änderung der Fertigungsstrategie, um die Kosten zu kontrollieren. Während bei der Prototypenfertigung häufig eine vollständige CNC-Bearbeitung erforderlich ist, kann bei der Massenproduktion für Aluminiumteile Druckguss oder für Kupferbasisteile Kaltschmieden eingesetzt werden, um die Zykluszeit und den Materialabfall zu reduzieren. Kingka Tech ist darauf spezialisiert, diese Lücke zu schließen und Kunden dabei zu helfen, ihre Designs für die Massenfertigung zu optimieren, ohne Abstriche bei der thermischen Leistung zu machen.
Phase 1 (Validierung): Vollständige CNC-Bearbeitung von massiven Kupferblöcken für einen Telekommunikationskunden zur schnellen Validierung thermischer Konzepte (Vorlaufzeit: 7–10 Tage).
Phase 2 (Pilot): Einführung eines Hybriddesigns (Cu+Al) zur Gewichtsreduzierung.
Phase 3 (Volumen): Einsatz von Werkzeugen für den Aluminiumverteiler und automatisierten Lötprozessen zur Stabilisierung der Qualität und Senkung der Stückkosten um 30 % bei einer Laufzeit von 10.000 Jahren pro Jahr.
Diese Fähigkeit bereitzustellen , Hochleistungs-GPU-Kühlung in großem Maßstab , unterscheidet einen Auftragsfertiger von einem strategischen Fertigungspartner.
Wie sollten Beschaffungsmanager den steigenden Kupferbedarf planen?
Da sich das Angebotsdefizit bei Kupfer aufgrund des Bedarfs an Elektrofahrzeugen und Netzinfrastruktur vergrößert, ist die Sicherung des Rohstoffzugangs von entscheidender Bedeutung. Wir empfehlen unseren Kunden, ihren Fertigungspartner frühzeitig in der Entwurfsphase einzubeziehen, um Materialspezifikationen festzulegen und alternative Legierungen zu prüfen, die möglicherweise eine bessere Preisstabilität bieten. Kingka Tech unterhält starke Lieferkettenbeziehungen für hochreines sauerstofffreies Kupfer und Aluminium in Luft- und Raumfahrtqualität, um unsere Kunden vor kurzfristigen Marktschwankungen zu schützen.
Die Wahl zwischen Kupfer und Aluminium ist nicht binär. Es handelt sich um ein Optimierungsproblem, das Wärmefluss, Gewicht, Strömungsdynamik und Budget betrifft.
Wenn Sie ältere Geräte (<300 W) kühlen, kann Aluminium ausreichen.
Wenn Sie einen H100- oder GB200-Cluster kühlen, benötigen Sie Kupfer – aber Sie müssen es intelligent nutzen.
Bei Kingka Tech führen wir nicht nur Zeichnungen aus; Wir validieren Designs. Ganz gleich, ob Sie Server der nächsten Generation, Telekommunikationsgeräte oder Energiesysteme bauen, unser Team bietet das gesamte Leistungsspektrum: von der thermischen Machbarkeitsbewertung über die CNC-Präzisionsfertigung bis hin zur Endmontageprüfung.
Sind Sie bereit, Ihr Flüssigkeitskühlungsdesign für die Massenproduktion zu optimieren?
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