В статье производится сравнение тепловых свойств медного и алюминиевого водоблоков на примере майнера s19 pro. Представлены температурные дельты между поверхностью водоблока и теплоносителем, а также между кристаллом и теплоносителем. Проанализированы различия температурных дельт и их причины.
Задано (#1):
- Водоблоки Silent Megawatt Performance из меди 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
Задано (#2):
- Водоблоки Silent Megawatt Performance из алюминия 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
Сравнение медного и алюминиевого водоблока для Bitmain S19 pro 114 чипов
Произведен теплофизический расчет двух вариантов водоблоков идентичной геометрии, но различающихся материалом изготовления: медь и алюминий.
Одной из важнейших задач, решаемой при проектировании теплообменного оборудования, является минимизация температурного напора (температурной дельты) между нагревающей средой (или тепловыделяющим элементом) и нагреваемой средой. При этом эта задача должна быть решена при известных ограничениях, как то:
- Требуемые гидравлические или аэродинамические характеристики: поток и потеря давления. А также гидродинамическая мощность - произведение потока на перепад давления.
- Технологичность изготовления теплообменника
- Стоимость изготовления
- Надежность эксплуатации
Исходя из перечисленных и иных ограничений производится расчет и проектирование теплообменника. Одним из вопросов при проектировании является выбор материала охладителя(водоблока). Для различных задач и условий оптимальными будут являться различные конструкции и материалы.
Для отведения тепла от вычислительных asic чипов водоблоки могут быть изготовлены из алюминия и меди. Также возможны и иные материалы, но в данной работе ограничимся рассмотрением только двух перечисленных.
Для отведения тепла от вычислительных asic чипов водоблоки могут быть изготовлены из алюминия и меди. Также возможны и иные материалы, но в данной работе ограничимся рассмотрением только двух перечисленных.
Алюминий и медь отличаются физическими свойствами:
- Теплопроводность меди превосходит теплопроводность алюминия в среднем 2 раза (в среднем, т.к. разные сплавы алюминия имеют различную теплопроводность)
- Медь плотнее(тяжелее) алюминия более чем в 3 раза
- Химическая совместимость меди и алюминия с различными жидкими средами существенно различается. Кроме того, в большинстве практических приложений химическая совместимость алюминия и меди между собой неудовлетворительная.
Рассмотрим влияние теплопроводности на результирующую температурную дельту кристалл-выходящий теплоноситель(вода) для варианта изготовления водоблока из алюминия и меди при прочих равных условиях.
Заданные параметры:
- Водоблоки Silent Megawatt Performance из меди и алюминия
- Соединение водоблоков 6p (6 водоблоков майнера параллельно)
- 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:
Видно что дельта поверхность водоблока - выходящая вода в случае медного водоблока меньше на 28% - 7.8 С против 10.8 С у алюминиевого водоблока.
При этом дельта кристалл - выходящая вода отличается меньше - на 16% - 15.8 С у меди против 18.9 у алюминия.
Дело в том, что дельта кристалл-вода складывается из трех дельт:
- Дельта на слое термопасты
- Дельта в объеме металла водоблока (между поверхностью приложения тепловой нагрузки и стенкой канала, омываемой теплоносителем)
- Дельта между стенкой канала и теплоносителем
Выбором материала водоблока можно прямо влиять на дельту в объеме металла водоблока и опосредованно на дельту между стенкой канала и теплоносителем. Перепад на термопасте идентичный вне зависимости от материала водоблока.
Перепад на термопасте существенный и сильно зависит от толщины слоя термопасты и теплопроводности пасты. В данном расчете взят слой толщиной 100мкм и теплопроводностью 10 Вт/м/К. При мощности на чип 13 Вт перепад равен 8 С.
Это статистически усредненные параметры, измеренные за большой промежуток времени на различных моделях майнеров и наиболее распространенных марках термопасты.
Перепад на термопасте может отличаться как в бОльшую (до 20-30С при некачественных хэш платах и корпусировке чипов и неровных водоблоках), так и в меньшую сторону до 2-4С при правильной геометрии самой хэш платы и очень ровном монтаже чипов - так что все поверхности кристаллов компланарны. Также влияют однородность нанесения термопасты, ее вязкость, хорошая плоскостность прижимной поверхности водоблока и другие факторы.
Это статистически усредненные параметры, измеренные за большой промежуток времени на различных моделях майнеров и наиболее распространенных марках термопасты.
Перепад на термопасте может отличаться как в бОльшую (до 20-30С при некачественных хэш платах и корпусировке чипов и неровных водоблоках), так и в меньшую сторону до 2-4С при правильной геометрии самой хэш платы и очень ровном монтаже чипов - так что все поверхности кристаллов компланарны. Также влияют однородность нанесения термопасты, ее вязкость, хорошая плоскостность прижимной поверхности водоблока и другие факторы.
Таким образом можно видеть что выигрыш в температурной дельте кристалл - теплоноситель в случае медных водоблоков по сравнению с алюминиевыми не велик и составляет 10-20% в практических условиях. В то время как стоимость изготовления отличается более чем на 100%.
Гидродинамические параметры теплоносителя (общие для медного и алюминиевого водоблоков)
Подписывайтесь на наш телеграм канал и следите за новостями.
