氣冷、液冷是什麼？讓伺服器效能穩定的「散熱技術」有哪些發展趨勢？

近年隨晶片熱設計功耗（TDP）持續提高，現有氣冷散熱在高階伺服器中已逐漸逼近系統極限，液冷散熱逐漸被市場重視。本文將分析伺服器散熱產業現況及未來發展以及哪些公司會受惠。

富果觀點

1. 隨伺服器晶片 TDP 持續提高，氣冷散熱逐漸不敷使用
2. 3DVC（3D 均熱板）可有效提升解熱效率，但仍受限空調系統耗電量高，其在 ESG 趨勢下發展可能受限
3. 開放式液冷 PUE 表現佳，預期將因其成本優勢成為未來主流方案
4. 判斷資料中心將首先併行液冷與氣冷，首先安裝於使用較多 GPGPU 之 AI 伺服器當中

散熱系統為維持電子設備運行速度和壽命之重要關鍵

散熱系統簡單來說，即是透過熱傳導和熱對流，將電子設備運行產生的廢熱發散出去，以維持在適宜的溫度下運行。若廢熱無法有效發散，將影響半導體元件的壽命和性能。

高溫會導致元件膨脹，反覆熱脹冷縮容易使元件電路損壞（焊接處容易虛焊），而降低其壽命；溫度也直接影響半導體元件的電阻值，降低電流速度而影響 IC 運行效率。

目前散熱根據最終熱傳導物質的不同，可分為傳統氣冷散熱和液冷散熱兩種。前者主要由 TIM（Thermal Interface Material，熱介面材料）、均熱片（VC）或熱導管先將熱導出，再由散熱鰭片（Heat Sink）和風扇與空氣對流進行散熱；後者則透過液冷板（Cold Plate）或是近年興起的浸沒式散熱，透過與液體熱對流散出熱，來達到晶片降溫。

Source：富果研究部

隨伺服器晶片 TDP 持續提高，氣冷散熱逐漸不敷使用

在設計 IC 時通常會設定最高時脈速度，避免系統過熱而損毀，此時相對應廢熱散發的效率則被稱作熱設計功耗（TDP，單位為 W）。若散熱系統之解熱效率無法滿足 TDP 而使系統溫度持續上升，IC 就會開始降頻（降低運作速度）來避免過熱，因此根據 IC 的 TDP 選擇合適的散熱系統，才能使其運作效率如預期發揮。

而散熱效率除了由被動式散熱元件本身的熱導率決定外（見註），最終主動式元件與外部環境熱對流的效率也是關鍵之一。

註：熱導率為評估材料傳導熱量的能力，目