Intel предлагает модульные теплораспределители: простой способ остудить сверхмощные чипы
Инженеры Intel представили исследование, в котором переосмыслили саму конструкцию крышки теплораспределителя (IHS) — той самой металлической «крышки», через которую процессор или ускоритель отводит тепло к кулеру или холодной пластине. Вместо привычной монолитной детали компания предлагает собирать IHS из нескольких простых модулей. Цель — уменьшить деформации корпуса, улучшить контакт с охлаждением и упростить производство для огромных многокристальных решений нового поколения.
Почему классические IHS упёрлись в пределы
Сегодняшние высокопроизводительные CPU и GPU получили сложные многокристальные упаковки (MCM), 3D-укладку и гетерогенные блоки — от вычислительных чиплетов до памяти рядом с кристаллом. Площадь таких пакетов растёт и уже измеряется тысячами квадратных миллиметров: свыше 7 000 мм² для отдельных HPC-решений — не фантастика. Распределить тепло по такой площади без «горячих зон» непросто.
Традиционные IHS изготавливают методом штамповки: это быстро и дёшево, но технологически сложно, когда нужно создавать «рельеф» под несколько кристаллов, выемки под элементы обвязки и сложные stiffener-рамы (усилители жёсткости). Фрезерование с ЧПУ даёт нужную точность, но резко повышает срок и стоимость производства. В итоге монолитная крышка становится узким местом — и по теплотехнике, и по логистике.
Идея Intel: модуль вместо монолита
Вместо одной сложной детали Intel предлагает конструкцию из «кирпичиков»: плоская верхняя пластина, которая контактирует с радиатором или холодной пластиной, и набор стандартных усиливающих рамок различной формы. Все модули изготавливаются массовой штамповкой, а затем просто собираются в нужную конфигурацию под конкретный пакет.
Плюсы подхода очевидны:
- Адаптивность: под разные раскладки чиплетов можно менять только набор рамок и их геометрию.
- Скорость: штамповка быстрее, чем индивидуальная обработка на ЧПУ, проще масштабируется под серверные объёмы.
- Повторяемость: стандартные элементы легче контролировать по допускам, что критично для термоконтакта.
Что дают измерения: меньше коробления, лучше контакт
Согласно работе Intel, модульная крышка снижает коробление (warpage) всего корпуса примерно на 30%. Это важно: изгиб пакета нарушает контакт с термоинтерфейсом и охлаждением, вызывает температурные перепады и ускоряет деградацию пайки.
Ещё один ключевой параметр — доля пустот в термоинтерфейсном материале (TIM void ratio). Воздушные пузырьки и неплотности — враги теплоотвода. Модульная конструкция уменьшает долю пустот на ~25%, то есть ТИМ заполняет зазор более равномерно. Наконец, Intel отмечает улучшение копланарности примерно на 7%. Простыми словами — поверхность становится ровнее, давление прижатия распределяется равномернее, а значит, тепло переходит в кулер эффективнее.
В сумме это обещает более низкие рабочие температуры, меньшие перепады между чиплетами и больший запас по частотам или энергопотреблению — особенно актуально для решений с продвинутой компоновкой уровня Foveros (межкристальная 3D-укладка от Intel) и аналогичных технологий.
Контекст: чиплеты, 3D-укладка и растущая плотность тепла
Индустрия массово движется к многокристальным и 3D-решениям: проще масштабировать производительность, комбинировать различные техпроцессы и встраивать память ближе к вычислениям. Но у медали есть оборотная сторона: каждый дополнительный чиплет — новый источник тепла, причём часто с неоднородным тепловыделением. В такой системе IHS становится не просто «крышкой», а элементом термоканала, который должен без горячих пятен донести тепло до СО и одновременно сохранять жёсткость пакета.
Что делают конкуренты: паровые камеры и жидкость «вплотную»
Intel — не единственная, кто ищет новые пути. В серверном мире всё чаще обсуждают IHS с интегрированной паровой камерой (VC‑IHS). Паровая камера лучше «размазывает» тепло по площади, что критично на огромных кристаллах и многокристальных модулях. Есть и более радикальные подходы — например, микроструйное жидкостное охлаждение (LiquidJet), где микроструи охлаждающей жидкости целятся прямо в горячие зоны, или каналы для жидкости, травлёные в кремнии/подложке, которые исследуются в крупных облачных компаниях. Всё это повышает теплопроводность и снижает термосопротивление, но требует высокой сложности и точности.
Важно, что эти подходы не взаимоисключающие. Модульный IHS может сочетаться с холодными пластинами, более проводящими материалами или даже с интегрированными жидкостными узлами. Каждая платформа в дата-центре — это компромисс между ценой, мощностью, плотностью и сервисопригодностью, и «правильный» IHS подбирают под конкретный теплопрофиль чипа.
Сравнение с текущими конструкциями на рынке
Хороший пример сложности — крышки Ryzen 7000: у них многосоставной профиль с вырезами под чиплеты и элементы SMD на подложке. Такие IHS эффективно работают на массовых десктопных CPU, но их геометрия уже на грани возможностей штамповки, а перенос этой логики в «монолит» для гигантских серверных пакетов резко поднимает сложность и стоимость. У Intel и Nvidia в серверных ускорителях применяются крупные холодные пластины и индивидуальные решения под конкретную топологию кристаллов и HBM — это дорого и жёстко привязывает конструкцию к конкретному SKU.
На этом фоне модульная стратегия Intel выглядит прагматично: унификация деталей, меньше «уникального» металлообработки, лучше управляемая плоскостность и давление. Потенциальный минус — больше интерфейсов и соединений, которые необходимо идеально выровнять и надёжно зафиксировать, иначе термосопротивление вырастет. Но это вопрос технологической дисциплины и сборочных допусков, а не принципиальное ограничение.
Практическая польза: от дата-центров до энтузиастов
Если результаты подтвердятся в серийных изделиях, выгоды для операторов ИИ‑и HPC‑кластеров очевидны:
- Более предсказуемый тепловой режим и равномерные температуры чиплетов — меньше троттлинга, выше стабильность.
- Лучше контакт с холодной пластиной — можно снять ту же мощность при меньшем перепаде температур или уместить больше вычислений на стойку при том же энергопакете.
- Ниже механические напряжения в пакете — выше долговечность и меньше рисков деградации термоинтерфейсов и пайки при тепловых циклах.
Домашним ПК это напрямую не достанется завтра, но косвенный эффект возможен. Вспомним историю с прогибом LGA‑разъёмов и рамками жёсткости для LGA1700: копланарность и равномерное давление действительно влияют на температуры и ресурс. Если модульная философия «приживётся», мы увидим более «ровные» крышки и на будущих массовых платформах — пусть и в упрощённом виде.
Материалы и жидкость: что дальше
В работе Intel фигурируют намёки на будущее расширение: использование металлов с повышенной теплопроводностью для отдельных модулей и даже интеграция жидкостных элементов прямо в IHS‑узел. Логика проста: если верхняя пластина и рамки — отдельные детали, ничто не мешает для «горячих» зон применять, скажем, медь с никелевым покрытием, а для силовых элементов — иные композиции с лучшей жёсткостью. В пределе один модуль может превратиться в мини‑холодильник: с микроканалами и прокачкой жидкости. Это открывает дорогу к более гибкому «тюнингу» термопути под конкретный кристалл.
Сроки и доступность в России
Перед нами исследовательская работа, а не анонс конкретного продукта, поэтому точных дат нет. На внедрение подобных изменений в серверной линейке обычно уходит от одного до нескольких поколений. Логично ждать первые реализации в будущих Xeon и ускорителях Intel, где компоновка Foveros и крупные площади особенно требовательны к тепловой части.
Доступность в России будет зависеть от поставок серверного «железа» и каналов импорта. У корпоративных заказчиков и интеграторов, работающих с HPC/ИИ‑стойками и прямым жидкостным охлаждением, шансы увидеть новые упаковки одними из первых выше — модульный IHS хорошо сочетается с холодными пластинами и текущей инфраструктурой СЖО. Для домашних пользователей это, скорее всего, останется «под капотом» серверных платформ и не будет доступно как отдельный компонент.
Экспертный комментарий
Идея Intel выглядит сильной прежде всего с точки зрения производственной логистики: меньше уникальной механики — проще масштабировать выпуск под всплеск спроса на ИИ‑ускорители. Технические метрики — снижение коробления, пустот в ТИМ и рост копланарности — напрямую конвертируются в градусы и мегагерцы, пусть и с оговорками по конкретной системе охлаждения. На большом «железе» такие проценты — существенная разница.
Вопросы остаются к реализации: как именно соединяются модули (пайка, припайка, припрессовка), как контролируются допуски и долговечность под термоциклами. Но если эти задачи решены, модульный IHS может стать «новой нормой» для крупных многокристальных пакетов, потеснив дорогие монолиты и точёные крышки.
Итоги
Intel предлагает эволюционный, но практичный шаг: вместо того чтобы усложнять одну деталь до предела, разбить её на набор типовых модулей. Результат — более ровная, предсказуемая и технологичная теплораспределительная система под большие многокристальные CPU и ускорители. На фоне растущих теплопакетов и стремительного перехода к 3D‑укладке у такого подхода есть все шансы стать стандартом следующей волны серверных платформ.