Die Kühlung beginnt am Silizium
Der Kühlbedarf eines KI-Beschleunigers wird nicht allein durch seine Leistungsaufnahme bestimmt. Ein 1500-Watt-Gehäuse entspricht nicht einfach einer Wärmelast von 1500 Watt. Ingenieure müssen verstehen, woher diese Watt stammen und wie die Wärme vom Silizium durch das Gehäuse transportiert wird, da zwei Prozessoren mit gleichem Stromverbrauch sehr unterschiedliche Kühlanforderungen haben können. Die thermischen Eigenschaften von Silizium hängen von der Chipkonfiguration, der Position und Intensität der Rechenkerne, Hotspots, der Platzierung des Speichers mit hoher Bandbreite, der Gehäusekonstruktion, dem Wärmewiderstand und den zulässigen Betriebstemperaturen ab. Moderne KI-Beschleuniger können zudem mehrere Rechenchips, Speicherstapel, Interposer und andere Komponenten in einem einzigen Gehäuse vereinen, wobei verschiedene Komponenten unterschiedliche thermische Grenzwerte aufweisen können.
McKinsey stellt fest, dass GPU- und kundenspezifische Siliziumarchitekturen Die Anforderungen an Leistungsdichte, Wärmeentwicklung und Verbindungen lassen sich Jahre im Voraus festlegen, wodurch die Kühlung integraler Bestandteil der Rechnerarchitektur wird. Die Kühlungsentwicklung kann bereits vor der Verfügbarkeit von Seriensilizium beginnen. Thermische Testsysteme (TTVs), die den erwarteten Eigenschaften eines zukünftigen Prozessors nachempfunden sind, simulieren dessen Wärmeverteilung und weitere relevante Gehäuseeigenschaften. So können Ingenieure Kühllösungen bereits während der Siliziumentwicklung testen und optimieren. Dadurch verlaufen Kühlungs- und Siliziumentwicklung parallel.
Gestalten Sie die Kühlplatte um den Prozessor herum.
Sobald das Layout des Gehäuses und die Bereiche mit hoher Wärmestromdichte bekannt sind, kann die Architektur der internen Kühlplatte optimal auf den Prozessor abgestimmt werden, anstatt das Gehäuse als gleichmäßige Wärmequelle zu betrachten. Strömungswege, Mikrokonvektions-Auftreffpunkte, Materialien, Montageverfahren und thermische Schnittstellen werden genutzt, um eine Lösung zu entwickeln, die die Bereiche mit dem höchsten Kühlbedarf oder spezifische Kühlarten berücksichtigt. Dies ist besonders wichtig für kundenspezifische Siliziumchips, da die Chipplatzierung, die Speicheranordnung, die Gehäusekonstruktion und die zulässigen Temperaturen von Design zu Design stark variieren können. JetCool und Broadcom, So kündigte beispielsweise kürzlich eine Direkt-Chip-Kühllösung für kundenspezifische KI-XPUs der nächsten Generation an, die einen dauerhaften Multi-Kilowatt-ASIC-Betrieb bei Wärmeflussdichten von bis zu 4 W/mm² unterstützen soll.2.
Bei solch fachmännischer Konstruktionsarbeit liegt der wahre Wert der individuellen Anpassung. Die Kühlplatte ist auf die thermischen und mechanischen Anforderungen des Prozessors abgestimmt und berücksichtigt gleichzeitig die Betriebsbedingungen des Racks, der CDU und des Wassersystems des Rechenzentrums. Dieser ganzheitliche Ansatz, der sowohl die Chipentwicklung als auch die gesamte Infrastruktur einbezieht, hilft Rechenzentren, die Energie- und Wassereffizienz zu verbessern, die Dichte zu erhöhen und die Leistung auch unter Spitzenlast aufrechtzuerhalten.
Die Grenzen standardisieren. Innerhalb dieser Grenzen differenzieren.
Im Hyperscale-Bereich können sich kleine Verbesserungen bei der Leistung pro Watt, der Auslastung oder der Wirtschaftlichkeit der Workloads bei großen Flotten vervielfachen. Dies erklärt die Investitionen in spezialisierte Siliziumchips. McKinsey schätzt, dass kundenspezifische Chips die Kosten pro Token für die vorgesehenen Inferenz-Workloads um 70 bis 80 Prozent senken könnten.
Die Herausforderung besteht darin, dass eine prozessorspezifische Optimierung nicht die gesamte übrige Infrastruktur in ein einheitliches Design verwandeln kann. Auf Siliziumebene lässt sich die Kühlung an die Wärmeverteilung, das Gehäusedesign und die thermischen Grenzen eines bestimmten Prozessors anpassen. Weiter entfernt vom Chip ermöglichen gängige Ansätze für Flüssigkeitsverbindungen, Betriebsbedingungen, Verteiler, Racks, Kühlaggregate, Wasserversorgungssysteme und Telemetrie den parallelen Betrieb verschiedener Rechentypen und -generationen in der Produktion, wodurch die Dichte erhöht und die Bereitstellung vereinfacht wird.
Standardisierung schließt individuelle Anpassung nicht aus. Sie definiert lediglich, wo diese ihren Platz hat. Dank fachkundiger Planung können die prozessorspezifischen Anpassungen in unmittelbarer Nähe des Chips erfolgen, während die Rack- und Gebäudeinfrastruktur konsistent bleibt, um wiederholbare Bereitstellungen in großem Umfang zu ermöglichen. Mit zunehmender Verbreitung kundenspezifischer Rechenlösungen gewinnt diese Abgrenzung an Bedeutung.
Anpassen wo Physik und Leistung Fordern Sie es.
Standardisieren wo Wiederholbarkeit und Maßstab Darauf verlasse du dich.
Individuelle Kühlung in wiederholbare Infrastruktur umwandeln
Es besteht ein großer Unterschied zwischen der Entwicklung einer funktionierenden Kühlplatte und der Fertigung eines thermischen Systems, das sich in Serie produzieren lässt. Die Geometrie der internen Kanäle, die Ebenheit, die Oberflächenbeschaffenheit, die Fügeverfahren, die Materialverträglichkeit, die Sauberkeit, die Druckdichtigkeit, die Konsistenz der Wärmeleitpaste und die Strömungsverteilung beeinflussen die endgültige Leistung der Kühlplatte. In der Entwicklungsphase lassen sich kleine Abweichungen oft untersuchen, anpassen oder durch die Entwicklungsabteilung beherrschen. In der Serienproduktion müssen dieselben Abweichungen jedoch über Tausende von Servern und potenziell Hunderttausende von Prozessoren hinweg kontrolliert werden.
Das macht Fertigungskapazität Die Kühlung ist integraler Bestandteil der Lösung und nicht erst nach Abschluss der Konstruktionsphase zu übergeben. Dichtheits- und Druckprüfungen, Strömungscharakterisierung, thermische Validierung, Reinheitskontrollen und Prozessüberwachung müssen mit der Produktion skalierbar sein. Sie müssen in jeder Anlage Vertrauen schaffen, ohne die Produktionslinie zu verlangsamen oder die Validierung zum Engpass zu machen.
Für die prozessorspezifische Kühlung ist die Diskrepanz zwischen Prototyp und Serienproduktion besonders wichtig. Eine auf ein bestimmtes Wärmeprofil abgestimmte Kühlplatte muss den gewünschten Durchfluss und das Kühlverhalten auch bei steigendem Volumen konstant gewährleisten und gleichzeitig eine problemlose Anbindung an Verteiler, Racks, Kühlaggregate und die Wasserversorgung des Gebäudes ermöglichen. Der Anbieter kundenspezifischer Chips benötigt daher einen Partner, der beides leisten kann: die Kühlarchitektur speziell für den Prozessor entwickeln und sie mit der für den Einsatz erforderlichen Prozesskontrolle, Wiederholgenauigkeit und Skalierbarkeit fertigen.
Das System vom Chip bis zur Anlage entwickeln
Unsere KI-Infrastrukturkapazitäten umfassen Prozessorspezifische Kühlplatten und direkte Flüssigkeitskühlung des Chips durch Verteiler, CDUs, IT-Racks, eingebettete und kritische Stromversorgung sowie integrierte Rechenzentrumsinfrastruktur. Kombiniert mit Systemtechnik und fortschrittliche Fertigung im großen Maßstab, Diese Bandbreite schafft einen Weg von einer auf die Wärmeverteilung eines bestimmten Prozessors abgestimmten Kühllösung bis hin zu einer wiederholbaren Infrastruktur auf Rack- und Anlagenebene und einer Implementierung in großem Umfang.
Erfahren Sie mehr über unsere Kühllösungen für kundenspezifische Siliziumchips auf dem OCP Global Summit 2026.
