散热行业报告：AI散热，风冷 VS 液冷（30页）

行业报告下载 2023年05月04日 10:44 管理员

风机转速超过 4000r/min 后对热阻的效用是有限的。根据 CNKI，风冷系统中，风机转速从 1000r/min 提高到 4000r/min，芯片散热中对流占主导，流速增加对流换热系数显著增加，风冷方式能有效改善芯片散热问题。而当风机转速超过 4000r/min 后，传热热阻下降比较平缓，转速增加只能改善与空气的导热传热，散热效果降低。芯片级液冷是未来发展趋势。服务器 2U 空间下，250W 大约是风冷解热极限；4U 以上风冷可以解到 400-600W；AI 芯片 TDP 普遍超过 400W，大多使用 4-8U。根据 CNKI，芯片的平均热流密度将达到 500 W／cm2，局部热点热流密度将会超过 1000 W／cm2，传统风冷散热已经达到极限。

而芯片温度的控制对于稳定持续工作尤为重要，最高温度不能超过 85℃，温度过高会导致芯片损坏，在 70—80℃内，单个电子元件的温度每升高 10℃，系统可靠性降低 50％，因此在功率提升的背景下，散热系统将向芯片级液冷升级。风冷达到功率上限后性价比下降，液体吸热能力更强。根据《2021-2022 年度中国数据中心基础设施产品市场总报告》，2021 年我国单机柜功率在 10kW 以上的数据中心市场规模增速超过 10%，其中 30kW 以上增速达 31%。据预测，2025 年全球数据中心平均功率提升至 25kW。TGG 认为每机柜 15-25 kW 的功率密度作为“未使用背板换热器等其他制冷设备”的风冷解决方案的上限，当前自然风冷的数据中心单机柜密度一般只支持 8-10kW，冷热风道隔离的微模块加水冷空调水平制冷在机柜功率超过 15kW 后性价比大幅下降。在同样单位体积下，液体吸收热量的能力更高。因此液冷技术能够更高效地散热，以及让芯片能够更高效地工作。