AI算力狂飆,臺灣散熱技術能否冷酷制勝?

當AI算力狂飆,資料中心的溫度也隨之升高,這場沒有煙硝的「散熱革命」正快速蔓延。在這場競賽中,臺灣能否憑藉強大的散熱技術,冷酷制勝?

表象:算力激增,散熱成為瓶頸

AI全面引爆全球資料中心的算力大戰,矩陣運算的極速提升,帶來了排山倒海的晶片熱浪。根據工研院綠能與環境研究所副所長鄭名山的觀察,「現在GPU的熱密度在相同面積下,產生的熱太多了。」當熱量成為限制效能的天花板,這場散熱革命已迫在眉睫。

真相:熱密度極致考驗,液冷技術崛起

過去CPU每一平方公分的發熱功率大約只有30到40W,但在運算速度與效能不斷推進下,現在GPU的熱點(Hotspot)每一平方公分的熱密度已飆升到200W,單晶片的熱設計功耗(TDP)也從前兩年的1,000W、1,500W,如今已推升至驚人的2,300W。

過往的散熱技術已達極限,一旦熱排不出去,直接影響AI伺服器的效能,甚至成了限制AI技術發展的天花板。鄭名山指出,「現在散熱變成一個顯學。」

各方角力:臺灣散熱供應鏈的機遇

面對不斷攀升的熱量,散熱技術也在不停演進。目前常見的散熱技術分為氣冷和液冷(冷板/浸沒式)兩大類型。氣冷的優點是成本低、結構相對簡單、安裝維護容易,目前傳統的資料中心大都仍使用氣冷散熱。

「臺灣占全球散熱市場主導地位,無論在散熱技術創新,或是工業標準建立上,對臺灣都是很好的機會。」 —— 工研院綠能與環境研究所副所長 鄭名山

然而,當晶片熱功耗突破千瓦等級,單純氣冷已不夠用,散熱往液冷邁向。液冷的最大優點就是解熱能力比氣冷好,冷板與浸沒式兩者相差不遠,單相約可達單顆晶片1,000至2,000W,雙相則更高。

深層影響:散熱技術的未來方向

雖然散熱技術不斷演進,但不論是氣冷或液冷,本質上仍是從晶片封裝外來解熱。鄭名山指出,當未來晶片熱功耗從2,300W朝向4,500W邁進時,內熱阻反而占了7、8成關鍵,因此眾人開始將目光放在發熱源頭,直接從封裝內的晶片下手,從根本解決散熱問題,於是催生了新興的微流體技術(Microfluidics)。

「散熱廠大多處理的都是封裝外的熱,封裝內是半導體廠的事,大概只有半導體巨頭有能力研發。」 —— 工研院綠能與環境研究所副所長 鄭名山

微流體的基礎原理,是在晶片內加工出微米級的細微流道,讓冷卻液極度貼近熱源,大幅降低熱阻,提升傳熱效率。前瞻的微流體技術目前仍在發展中,解熱極限未知,鎖定未來極高階的AI資料中心應用。

未解之問:臺灣散熱技術的未來之路

面對未來動輒數千瓦、甚至直逼物理極限的散熱需求,工研院也全力投入前瞻、多元的散熱技術研發。比如榮獲愛迪生銀獎的「3D鋁製微流道熱虹吸散熱器」,拿掉傳統3D VC的毛細結構,將熱虹吸原理應用在工作流體的循環上,流動阻力低,循環速度遠超傳統熱管。

散熱發展趨勢正從「單點解方」走向「多層整合工程」。工研院產業科技國際策略發展所產業分析師陳祉妤表示,散熱不再只聚焦在單一元件或模組的優化,而是需要多重系統與層級的搭配,從晶片層級的熱界面材料、蓋板,到氣冷、液冷的模組散熱,再到機櫃層級的冷卻液分配單元(CDU)、熱交換器,與資料中心層級的冷卻水系統、熱回收整合和機房循環。

從產業面來看,散熱技術的演進將進一步推動臺灣在全球AI競爭中的地位。隨著算力無止境攀升,散熱已躍為AI競賽中的關鍵優勢,誰先掌握跨域整合的能力,誰就有機會在這波由熱能重塑的競爭中脫穎而出。

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