Diamant-Wärmeleitlösung (Diamond Thermal Solution) hat das Hauptziel, den durch den schnellen Anstieg des TDP von NVIDIA AI GPUs verursachten Wärmeabdruck auf Systeme und Rechenzentren zu bewältigen: 1. Vorteile der Wärmeleitfähigkeit von Diamantmaterialien Der traditionelle Wärmeweg „Kupferdeckel + TIM + Kühlplatte“ wird bei etwa 700W bereits sehr eng, wobei der Wärmeübergang hauptsächlich im Bereich der wenigen hundert Mikrometer zwischen Chip und Kühlplatte begrenzt ist. Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer beträgt etwa 400 W/m·K, während hochgradiges polykrystallines CVD-Diamant 1000–1500 W/m·K erreichen kann, und Einkristalle sogar nahe 2000 W/m·K, was mindestens das 3–5-fache von Kupfer entspricht. Wenn Diamant auf Chip-Ebene eingeführt wird (als Ersatz für das derzeitige TIM-Material), kann der vertikale Wärmeübergang bei gleicher Dicke und Fläche um über 50% gesenkt werden. Praktisch gesehen könnte dies bei GPUs der Klasse 1–2kW die Kontaktoberflächentemperatur um 10–20°C senken oder, bei Beibehaltung der ursprünglichen Temperaturgrenze, mehrere hundert Watt mehr Leistung aufnehmen. Dies ermöglicht es, dass B200/B300 in den Bereich von 1.2–1.4kW und Rubin/Ultra in den Bereich von 2.3–3.5kW vorrücken, während die gleiche Flüssigkeitskühlung oder die Hardware für die Tauchkühlung mehrere Generationen länger durchhält und mehr Wärmeabführungsraum für zusätzliche GPUs in einem einzelnen Gerät und Rack schafft. 2. Deutliche Verbesserung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Verpackung Wenn der Stromverbrauch auf 2.000W oder sogar über 3.000W ansteigt, werden die Temperaturgradienten und thermischen Spannungen, die die Verpackung, das Trägersystem und die Leiterplatte aushalten müssen, exponentiell verstärkt. Dies kann zu Verformungen der Verpackung und TIM-Lufteinschlüssen führen, im schlimmsten Fall zu Ermüdung der Lötstellen und RDL/Flip-Chip-Rissen, was die langfristige Zuverlässigkeit beeinträchtigt. Der Diamant-Wärmeverteiler leitet nicht nur vertikal gut, sondern hat auch eine extrem hohe laterale Wärmeleitfähigkeit, die es ermöglicht, Hotspots über einige Millimeter schnell zu verteilen und die ursprünglich in bestimmten Bereichen konzentrierten 300–500W-Hitze zu streuen, wodurch der Temperaturunterschied zwischen verschiedenen Bereichen des Chips erheblich verringert wird. Dies bedeutet, dass die thermische Belastung für die Verpackung und das Substrat „entlastet“ wird: Die thermische Ausdehnung zwischen Silizium, Verpackungsmaterial und Substrat wird gemildert, und die Verformung der Verpackung sowie die Ermüdungszyklen der Lötstellen werden verlängert. Für Hochleistungs-GPUs wie Rubin / Rubin Ultra / Feynman kann der langfristige LLM-Training- und Inferenzdienst stabiler bei nominalen Frequenzen betrieben werden, wodurch die Verschwendung von Rechenleistung durch Überhitzung und unerwartete Rückläufe reduziert wird, was die gesamte MTBF und Lebensdauer erhöht. 3. Kosten und Flexibilität des Rechenzentrums Wenn der TDP einer einzelnen GPU höher wird, nähert sich die gesamte Rack-Leistung schnell 120kW oder 130kW, was eine umfassende Überarbeitung der Stromverteilung und Kühlinfrastruktur im Rechenzentrum erfordert. Wenn die Wärmeleitfähigkeit auf Chip-Ebene nicht verbessert wird, bleibt nur die Möglichkeit, immer teurere CDU, Kühltürme und Verteilungsstrukturen zu stapeln, und um die Temperatur zu drücken, wird oft gezwungen, die Kühlwassertemperatur sehr niedrig zu halten und den Durchfluss auf das Maximum zu erhöhen. Nach der Einführung der Diamant-Wärmeleitlösung hat eine einzelne GPU bei gleicher Wassertemperatur und Durchfluss eine niedrigere Temperatur und eine geringere Wahrscheinlichkeit für Taktabsenkungen, was die „stabile Rechenleistung pro Rack“ tatsächlich erhöht; gleichzeitig ermöglicht der gesenkte Wärmeübergang auch eine etwas höhere Wassertemperatur oder einen niedrigeren Durchfluss, wodurch der Energieverbrauch von Pumpen und Kühlsystemen gesenkt wird. Noch wichtiger ist, dass es die thermische Designflexibilität für zukünftige GPUs wie Rubin Ultra und Feynman im Bereich von 3.5kW bis 5kW im Voraus eröffnet, sodass Systemanbieter und Cloud-Anbieter bei der Planung der nächsten Generation von AI-Clustern die Diamant-Wärmeleitlösung als eine „Material-Upgrade-Option“ betrachten können, um die Kühlung von einer nachträglichen Lösung zu einem integralen Bestandteil des frühen Systemdesigns zu machen, anstatt zu warten, bis die Wärmeprobleme auftreten, um Lösungen zu finden.