7 月 24 日消息，据台媒《经济日报》报道，因 AI 芯片及服务器散热需求较高，继先前引入“浸润式冷却高效运算电脑机房”后，近期传出再携手高力、技嘉、双鸿等硬件厂商，在高速运算散热方面持续精进，同时台积电还在与高力、NVIDIA 合作开发 AI GPU 浸没式系统，掀起新一波散热革命。

 

 

此前报道，台积电已将 CPU、GPU 与 AI 加速器等执行训练和推论功能的服务器芯片，列为 AI 相关营收。台积电此前曾提到，AI 将进入大众化时代，同时提供广阔技术商机。

 

目前人工智能AI服务器将大幅推升服务器平均出货单价(ASP)由8500至9000美元上涨到1万美元以上。业内人士预估，AI服务器的散热与PCB单价较一般服务器增长9-10倍，电源供应器增长约7倍，冷却风扇、导轨与机箱增长3至4倍，内存与交换器增长约2倍。由于AI服务器主要集中在今年第四季大量出货，可望带动AI服务器供应链2024年业绩上扬。

 

高力已确定取得台积电 150 台液冷式分配器订单，后续北美服务器大厂也有其他合作案正进行中，高力法人还表示 NVIDIA 正朝针对 GPU 芯片提供浸没式保固方向努力，相关实验正在进行中。

 

双鸿方面，消息人士称公司内部有专门的团队与台积电进行研发与合作，主要内容除机柜水冷方案外，也有针对半导体在制造过程中，进行散热的新技术研发。

 

技嘉已在 2022 年打入台积电散热供应链，提供浸没式服务器给台积电的“浸润式冷却高效运算电脑机房”使用，推升该公司服务器业绩向好。

 

大风已起，风口将至。

 

 

一、散热是制约计算能力的最大阻碍之一

 

当电流通过电阻时，所消耗的电能会全部转化为热能，这种现象被称为电流的热效应，自计算机诞生以来，从业者们用尽办法将电子器件的温度控制在合理的范围内。

 

从早期计算机诞生开始，由于早期的计算机功耗较低，而且整机体积较大，因此不需要单独设计系统级的散热解决方案，通常做法就是在计算机背部放置个简易的风扇，以将热流导出。

 

随着芯片制程技术的提升，芯片功能的集成化加速，轻巧、方便、处理性能强的发展模式逐渐占据市场主流。高频计算不仅仅带来了高能量的消耗，同时也带来了各种发热、散热的现实问题。

 

7月4日，世界气象组织宣布，热带太平洋再次形成厄尔尼诺条件，这可能导致全球气温飙升、破坏性天气和气候模式的出现。近年来，随着全球温度持续升高，数据中心在极端高温下突发故障的现象已不鲜见。无独有偶，近日中央气象台持续发布高温橙色预警，多省份局地温度达40℃以上。持续高温下，数据中心的散热问题受到各方关注。去年夏天，在高温的冲击下，谷歌、甲骨文等科技巨头的数据中心一度出现冷却系统瘫痪，导致运行故障。前车之鉴历历在目，国内数据中心将如何迎接“烤”验？

 

 

 

传统的服务器散热方案与计算机散热原理大致相同，区别在于服务器所使用的算力芯片由于能耗较高，往往将芯片级散热系统作为重点，通常来说就是将芯片热量通过热管、均热片等传导到多褶结构的散热鳍片上，再通过风扇进行主动散热。

 

进入AI时代之后，高性能AI芯片的功耗在随着算力同步大幅提升。10年前市面上能买到的最顶级的数据中心GPU是英伟达K40,其热设计功耗(TDP)为235W，2020年英伟达发布A100时，热设计功耗接近400W，到了最新的H100芯片，热设计功耗直接飙升到700W。预计明年单颗高性能AI芯片的热设计功耗将会突破1000W。

 

通过风冷式散热方式明显显得力不从心。

 

 

二、液冷将成为AI时代的无二选择

 

AI的快速发展对于算力的需求和耗电量的提高，推动数据中心规模扩大、功率提高，使得液冷温控技术成为发展趋势，进而冷却液产品需求增加。根据PMR对直接数据中心液冷市场的预估，2022-2032年市场需求将快速增长，复合年增长率为25.8%。

 

今年6月，中国移动、中国电信、中国联通共同发布的《电信运营商液冷技术白皮书》，当前，单相浸没式液冷、冷板式液冷为液冷技术的主要形式。浸没式液冷是服务器完全浸入冷却液中，全部发热元件热量直接传递给冷却液，通过冷却液循环流动或蒸发冷凝相变进行散热的一种方式。冷板式液冷是服务器芯片等高发热元件的热量通过冷板间接传递给液体进行散热，低发热元件仍通过风冷散热的一种方式。

 

 

 

 

据IDC预计，2021-2026年，我国智能算力规模年复合增速达52.3%，随之将带来数据中心单机功率密度提升与能耗攀升，传统的风冷已无法满足日益增长的散热需求，液冷技术重要性进一步凸显。据《中国液冷数据中心发展白皮书》，预计到2025年，我国液冷数据中心市场规模超过1200亿元。

 

 

目前单张 A100 功率达 400W，H100 达 700W，未来芯片制程难以提升的情况下，效能功耗比难以进步，单卡功率将只增不减。英伟达明确未来逐步切换液冷方案以适配 HGX 平台。Supermicro 推出适配英伟达 HGX H100 的液冷服务器方案。据 Supermicro 数据，使用液冷可以帮助 IDC 节省 40%的电力。

 

 

 

三、多渠道发展，液冷技术提升加速

 

根据接触方式的不同，液冷可分为间接接触型（冷板式液冷）和直接接触型液冷（浸没式液冷和喷淋式液冷）

 

 

①冷板式液冷：将液冷冷板固定在服务器的主要发热器件上，通过液体流经冷板带走热量，从而散热。

 

该技术发展较早，成熟度较高，应用较为广泛，具有商用基础，但是存在漏液和成本偏高的问题。

 

②浸没式液冷：将发热元件直接浸没在冷却液中，通过冷却液循环带走服务器等设备运行产生的热量，主要分为单相和相变技术。

 

该技术需要全新的数据中心设计方案，需要特殊化定制和设计IT设备，成本较高，目前尚不能大规模应用，未来发展前景较好。

 

③喷淋式液冷：在机箱顶部储液和开孔，对发热体喷淋冷却液，从而达到降温。降温过程中，可能会出现冷却液飘溢问题，会影响机房及设备环境。

 

 

根据《绿色高能效数据中心散热冷却技术研究现状及发展趋势》，我国数据中心约有45%的能耗用于IT设备，43%用于散热冷却设备。

 

目前数据中心冷却仍以风冷为主，但随着数据中心数量增加、大型机架占比提升，数据中心高耗电的问题已不容忽视，政策对于PUE的要求也日趋严格，液冷逐步成为冷却重要方案之一。

 

 

四、相关个股汇总

 

高澜股份300499：公司服务器液冷业务拥有三种解决方案：冷板式液冷、浸没式液冷和集装箱式液冷，可有效降低大型数据中心的PUE（数据中心总设备能耗/IT设备能耗）。

 

 

 

同星科技301252：公司液冷相关产品有应用于数据中心及液冷服务器。

 

  

精研科技300709：公司可为消费电子、通信、激光投影、服务器等领域客户提供风冷模组、液冷模组、液冷板以及模组子件热管、VC等散热部品。

4月26日，公司公告称拟与王明喜等共同设立江苏精研热能管理有限公司。精研热能注册资本为3000万元人民币，其中公司拟以货币资金出资2460万元，占注册资本的82%。合资公司拟开展的业务主要为散热模组类产品。在人工智能大发展的背景下，高功耗的设备(如5G基站、服务器)、数据中心、人工智能设备等均需要高效、稳定的散热方案以减少能耗、保证设备的性能和寿命。

 

飞荣达300602：公司针对服务器上的散热需求还开发了轴流风扇，特种散热器，单相液冷冷板模组，两相液冷模组等产品。公司数据中心、服务器客户包括：华为、中兴、微软、思科、浪潮、大唐移动、宝德、超越、新华三、超聚变、东方通信、神州鲲泰及Facebook、Google。