AI算力“卖水人”专题系列报告：芯片散热：从风冷到液冷，AI驱动产业革新（附下载）
（精选报告来源：报告研究所）
一、芯片散热概览
芯片散热起源：电子设备发热的本质是工作能量转成热能
电子设备发热的本质原因就是工作能量转化为热能的过程。芯片作为电子设备的核心部件，其基本工作原理是将电信号转化为各种功能信号，实现数据处理、存储和传输等功能。而芯片在完成这些功能的过程中，会产生大量热量，这是因为电子信号的传输会伴随电阻、电容、电感等能量损耗，这些损耗会被转化为热能。
温度过高会影响电子设备工作性能，甚至导致电子设备损坏。据《电子芯片散热技术的研究现状及发展前景》，如对于稳定持续工作的电子芯片，最高温度不能超过85 ℃，温度过高会导致芯片损坏。
散热技术需要持续升级，来控制电子设备的运行温度。芯片性能持续发展，这提升了芯片功耗，也对散热技术提出了更高的要求。此外，AI大模型的训练与推理需求，要求AI芯片的单卡算力提升，有望进一步打开先进散热技术的成长空间。
散热技术原理：电子设备发热的本质是工作能量转成热能
散热是为解决高性能计算设备中的热管理问题而设计的， 它们通过直接在芯片或处理器表面移除热量来优化设备 性能并延长使用寿命。随着芯片功耗的提升，从一维热管的线式均温，到二维 VC的平面均温，发展到三维的一体式均温，即3D VC 技术路径，最后发展到液冷技术。
芯片散热革新：浸没式散热效果好，冷板式更为成熟
根据ODCC《冷板液冷服务器设计白皮书》，综合考量初始投资成本、可维护性、PUE 效果以及产业成熟度等因素，冷板式和单相浸没式相较其他液冷技术更有优势，是当前业界的主流解决方案。
二、主要散热技术
热管：高效传热器件，适用大功率和空间小场景
热管，也称为Heat Pipe，是一种高效的传热器件。它能够通过内部工作流体 的相变过程，快速地将热量从一端传递到另一端，其结构简单，由密闭容器、 毛细结构、工作流体组成。热管具有高导热性能、温度均匀与等温性等特点。用于大功率芯片及散热空 间小的产品，如笔记本、服务器、游戏机、VR/AR、通信设备等。
VC：相比热管，具备更高的导热效率与灵活性
VC均温板，全称为Vapor Chamber，即真空腔均热板散热技术，是一种比热管更先进、更高效的导热元件，尤其在处理高密度电子设备的热管理问题时表现出色。相比热管，VC的导热效率与灵活度更强。铜的导热系数为401W/m.k，热管可以达到5000~8000 W/m‧k，而均热板则可以达到20000~10000W/m‧k，甚至更高。热管是一维导热，受其形状显示。而均热板形状则不受限制，可以根据芯片的布局，设计任意形状，甚至可以兼容处于不同高度的多个热源的散热。
机房空调：水冷空调相对风冷系统制冷效果好
风冷直膨式系统：是一种空调系统，主要用于中小型建筑或单独房间的制冷和制热。制冷剂一般为氟里昂，单机制冷量10-120KW。水冷冷水系统：一种中央空调系统，通过使用水作为冷却介质来传递热量。这种系 统一般由冷水机组、冷却塔、水泵和管道等组成，广泛应用于大型建筑。
液冷：冷板式与浸没式液冷为主
服务器液冷分为直接冷却和间接冷却，直接冷却以浸没式为主，间接冷却以冷板式为主。冷板式液冷的冷却液不与服务器元器件直接接触，而是通过冷板进行换热，所以称之为间接液冷。依据冷却液在冷板中是否发生相变，分为单相冷板式液冷及两相冷板式液冷。浸没式液冷是将整个服务器或其组件直接浸入液体冷却剂中的冷却方式。
冷板式液冷：需改造服务器，渗透率逐渐提升
冷板式服务器需要对服务器进行管路、结构等改造：如浪潮信息基于2U四节点高密计算 服务器i24，新增多块冷板与CPU、I/0、内存等发热单元接触，也设置多条管路在内与冷 板连通、在外连接机柜级别的分歧管道，实现系统中95%左右热量通过冷板接触热源由液 体直接带走，剩余5%左右热量经由PSU电源后置的风液式换热器里面的冷却水带走。
冷板式液冷服务器对原有服务器结构进行改造，考虑到职责归属、组装方式等因素，主要 玩家认为原有服务器厂商；服务器厂商采取采购冷板、管道等原材料，随后自行组装等方 式进行生产加工。冷板式液冷服务器平均价格或高于风冷服务器，随着其渗透率提升， 服务器厂商有望实现量价齐升与盈利水平的增长。
浸没式液冷：液体浸泡服务器整体，技术要求高
浸没式液冷是将整个服务器或其组件直接浸入液体冷却剂中的冷却方式。液 体完全包围服务器元件，从而更加高效地吸收和散发热量。按照工程液体散热 过程中是否发生相变，可以分为单相浸没式液冷及两相浸没式液冷。浸没式液冷服务器对服务器进行了外壳设计、主板改造、散热系统升级、密 封性等多重改造设计，对技术要求较高，主要由服务器厂商进行生产。
三、 市场空间
驱动1：芯片防护安全性，温度控制有利于发挥芯片极致性能
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