Статьи Silent MegaWatt

Сравнение водоблоков s19 pro

2023-09-25 03:20
В данной работе выполнено компьютерное моделирование гидродинамических и теплофизических свойств водяных охладителей (водоблоков) высокопроизводительного вычислительного оборудования на примере asic-майнера Bitmain S19 pro 114 chip. Рассмотрено несколько вариантов внутреннего устройства водоблоков, изготавливаемых различными производителями:
  • Silent Megawatt performance s19 pro 114 (#1)
  • Silent Megawatt standard s19 pro 114 (#2)
  • Водоблок китайского производства тип 1 s19 pro 114 (#3)
  • VNISH hydro s19 Pro114 (#4)
  • Литой водоблок с гофротрубкой s19 pro 114 (#5)
Входными данными для расчета являются:
  1. Геометрия
  2. Теплопроводность материала
  3. Схема гидравлического соединения водоблоков в майнере
  4. Температура входящей в водоблок воды
  5. Величина потока воды через водоблок
  6. Мощность тепловыделяющих элементов (чипов)
В данном расчете моделировалось охлаждение чипа с одной стороны путем контактного теплоотведения мощности от кристалла водоблоком через слой термопасты.
Теплопроводность пасты принята 10 Вт/м/К
Толщина слоя термопасты - 100 мкм

На платах данного майнера также имеются воздушные радиаторы с обратной стороны платы, через которые также отводится тепло путем прокачивания воздуха. Но в данном сравнительном расчете теплообмен с воздухом не учитывается.
Также не учитываются факторы, которые имеют значительный разброс в реальности, влияющие на конечные температуры кристаллов:
  1. Некомпланарность поверхностей кристаллов на плате, приводящая к прижиму кристалла к водоблоку не всей площадью
  2. Существенно различная толщина слоя термопасты на различных кристаллах ввиду ряда причин:
  • Некомпланарность поверхностей кристаллов
  • Неплоскостность прижимной поверхности водоблока
  • Некачественное корпусирование чипа с наплывами пластика на кристалл
  • Неравномерное нанесение термопасты на кристаллы
Основными результатами расчета являются:
  • Температура кристаллов чипов
  • Температура поверхности водоблока в месте контакта с кристаллами
  • Температура выходящей из водоблока воды
  • Гидравлическое сопротивление водоблока
  • Коэффициент теплоотдачи на стенках каналов
  • Распределение температуры в сечениях водоблока
Расчеты выполнены на вычислительном кластере на модели с мелкой сеткой с разрешением пограничного слоя. Обеспечена точность сходимости численного решения до 1e-5.

Результаты расчетов приведены в таблице 1, где они отсортированы по температурной дельте между самым горячим кристаллом и температурой выходящей из водоблока воды.
Задано (#1):
  • Водоблоки Silent Megawatt Performance s19 pro 114 - параллельно
  • Соединение водоблоков 6p
  • Чип BM1398BB, кристалл 5.85*2.92мм
  • Мощность на чип 13 Вт (770 кВт/м2)
  • Температура воды на входе водоблока 50 С
  • Поток воды 2.4 л/мин на водоблок (14.4 л/мин на майнер)
  • Термопаста 10 Вт/м/К, слой 100 мкм
Результат: min max
Т воды 50 54.5
Т кристалл 68.2 73.5
Т проводимость водоблока 60.4 65.4
Задано (#2):
  • Водоблоки Silent Megawatt Performance s19 pro 114 - последовательно-параллельно
  • Соединение водоблоков 3p2s
  • Чип BM1398BB, кристалл 5.85*2.92мм
  • Мощность на чип 13 Вт (770 кВт/м2)
  • Температура воды на входе водоблока 52.2 С
  • Поток воды 4.8 л/мин на водоблок (14.4 л/мин на майнер)
  • Термопаста 10 Вт/м/К, слой 100 мкм
Результат: min max
Т воды 52.2 54.4
Т кристалл 68.9 72.3
Т проводимость водоблока 61.1 64
Задано (#3):
  • Водоблоки Китай тип 1 параллельно
  • Соединение водоблоков 6p
  • Чип BM1398BB, кристалл 5.85*2.92мм
  • Мощность на чип 13 Вт (770 кВт/м2)
  • Температура воды на входе водоблока 50 С
  • Поток воды 2.4 л/мин на водоблок (14.4 л/мин на майнер)
  • Термопаста 10 Вт/м/К, слой 100 мкм
Результат: min max
Т воды 50 54.5
Т кристалл 72.3 83.2
Т проводимость водоблока 64 75.2
Задано (#4):
  • Водоблоки Китай тип 1 последовательно-параллельно
  • Соединение водоблоков 3p2s
  • Чип BM1398BB, кристалл 5.85*2.92мм
  • Мощность на чип 13 Вт (770 кВт/м2)
  • Температура воды на входе водоблока 52.2 С
  • Поток воды 4.8 л/мин на водоблок (14.4 л/мин на майнер)
  • Термопаста 10 Вт/м/К, слой 100 мкм
Результат: min max
Т воды 52.2 54.5
Т кристалл 70.7 79.3
Т проводимость водоблока 63.5 71.3
Задано (#5):
  • Водоблоки VNISH hydro
  • Соединение водоблоков 3p
  • Чип BM1398BB, кристалл 5.85*2.92мм
  • Мощность на чип 13 Вт (770 кВт/м2)
  • Температура воды на входе водоблока 50 С
  • Поток воды 4.8 л/мин на водоблок (14.4 л/мин на майнер)
  • Термопаста 10 Вт/м/К, слой 100 мкм
Результат: min max
Т воды 50 54.5
Т кристалл 69 76.6
Т проводимость водоблока 61 68.7
Задано (#6):
  • Водоблоки Silent Megawatt Standard параллельно
  • Соединение водоблоков 6p
  • Чип BM1398BB, кристалл 5.85*2.92мм
  • Мощность на чип 13 Вт (770 кВт/м2)
  • Температура воды на входе 50 С
  • Поток воды 2.4 л/мин на водоблок (14.4 л/мин на майнер)
  • Термопаста 10 Вт/м/К, слой 100 мкм
Результат: min max
Т воды 50 54.5
Т кристалл 68.9 76.7
Т проводимость водоблока 61.3 68.8
Задано (#7):
  • Водоблоки Silent Megawatt Standard последовательно-параллельно
  • Соединение водоблоков 3p2s
  • Чип BM1398BB, кристалл 5.85*2.92мм
  • Мощность на чип 13 Вт (770 кВт/м2)
  • Температура воды на входе 52.2 С
  • Поток воды 4.8 л/мин на водоблок (14.4 л/мин на майнер)
  • Термопаста 10 Вт/м/К, слой 100 мкм
Результат: min max
Т воды 52.2 54.5
Т кристалл 68.6 73.8
Т проводимость водоблока 60.8 65.9
Задано (#8):
  • Литой водоблок с гофротрубой
  • Соединение водоблоков 6s
  • Чип BM1398BB, кристалл 5.85*2.92мм
  • Мощность на чип 13 Вт (770 кВт/м2)
  • Температура воды на входе водоблока 53.75 С
  • Поток воды 14.4 л/мин на водоблок (14.4 л/мин на майнер)
  • Термопаста 10 Вт/м/К, слой 100 мкм
Результат: min max
Т воды 53.7 54.5
Т кристалл 72.3 85.4
Т проводимость водоблока 64.1 77.3
Анализ результатов будет опубликован в следующей части статьи. Подписывайтесь на наш телеграм канал и следите за новостями.