芯片散热家当链专题申报：从风冷到液冷AI驱动家当改造

电子设备发热的实质缘故原由便是事情能量转化为热能的过程。

芯片作为电子设备的核心部件，其基本事情事理是将电旗子暗记转化为各种功能旗子暗记，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，这是由于电子旗子暗记的传输会伴随电阻、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事情性能，乃至导致电子设备破坏。
据《电子芯片散热技能的研究现状及发展前景》，如对付稳定持续事情的电子芯片，最高温度不能超过85 ℃，温度过高会导致芯片破坏。

散热技能须要持续升级，来掌握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，也对散热技能提出了更高的哀求。
此外，AI大模型的演习与推理需求，哀求AI芯片的单卡算力提升，有望进一步打开前辈散热技能的成长空间。

散热技能事理：电子设备发热的实质是事情能量转成热能

散热是为办理高性能打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扮装备 性能并延长利用寿命。
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 技能路径，末了发展到液冷技能。

芯片散热改造：浸没式散热效果好，冷板式更为成熟

根据ODCC《冷板液冷做事器设计白皮书》，综合考量初始投资本钱、可掩护性、PUE 效果以及家当成熟度等成分，冷板式和单相浸没式相较其他液冷技能更有上风，是当前业界的主流办理方案。

二、紧张散热技能

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。
它能够通过内部事情流体 的相变过程，快速地将热量从一端通报到另一端，其构造大略，由密闭容器、 毛细构造、事情流体组成。
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，如条记本、做事器、游戏机、VR/AR、通信设备等。

VC：比较热管，具备更高的导热效率与灵巧性

VC均温板，全称为Vapor Chamber，即真空腔均热板散热技能，是一种比热管更前辈、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。
比较热管，VC的导热效率与灵巧度更强。
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，乃至更高。
热管是一维导热，受其形状显示。
而均热板形状则不受限定，可以根据芯片的布局，设计任意形状，乃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，紧张用于中小型建筑或单独房间的制冷和制热。
制冷剂一样平常为氟里昂，单机制冷量10-120KW。
水冷冷水系统：一种中心空调系统，通过利用水作为冷却介质来通报热量。
这种系 统一般由冷水机组、冷却塔、水泵和管道等组成，广泛运用于大型建筑。

液冷：冷板式与浸没式液冷为主

做事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做事器元器件直接打仗，而是通过冷板进行换热，以是称之为间接液冷。
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。
浸没式液冷是将全体做事器或其组件直接浸入液体冷却剂中的冷却办法。

冷板式液冷：需改造做事器，渗透率逐渐提升

冷板式做事器须要对做事器进行管路、构造等改造：如浪潮信息基于2U四节点高密打算 做事器i24，新增多块冷板与CPU、I/0、内存等发热单元打仗，也设置多条管路在内与冷 板连通、在外连接机柜级别的不合管道，实现系统中95%旁边热量通过冷板打仗热源由液 体直接带走，剩余5%旁边热量经由PSU电源后置的风液式换热器里面的冷却水带走。

冷板式液冷做事器对原有做事器构造进行改造，考虑到职责归属、组装办法等成分，紧张 玩家认为原有做事器厂商；做事器厂商采纳采购冷板、管道等原材料，随后自行组装等方 式进行生产加工。
冷板式液冷做事器均匀价格或高于风冷做事器，随着其渗透率提升， 做事器厂商有望实现量价齐升与盈利水平的增长。

浸没式液冷：液体浸泡做事器整体，技能哀求高

浸没式液冷是将全体做事器或其组件直接浸入液体冷却剂中的冷却办法。
液 体完备包围做事器元件，从而更加高效地接管和散发热量。
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。
浸没式液冷做事器对做事器进行了外壳设计、主板改造、散热系统升级、密 封性等多重改造设计，对技能哀求较高，紧张由做事器厂商进行生产。

三、 市场空间

驱动1：芯片防护安全性，温度掌握有利于发挥芯片极致性能

芯片温度过高会影响设备事情性能，乃至导致电子设备破坏。
据《Cabont e ch Maga z ine》，当电子设备温度过高时，事情性能会大幅度衰减，当芯片的事情温度靠近70-80℃ 时，温度每升高10℃，芯片的性能会降落约50%，有超过55%的电子设备失落效形式都是温度过高引起的。
我们认为，随着AI大模型发展、芯片性能提升，芯片功耗及运行温度呈增长趋势，或影响处理器等的事情效率。
这对芯片级散热等技能提出更高的哀求，芯片级散热有望打开成长空间、实现量价齐升。

驱动2：AI大模型发展+芯片性能增长，芯片功耗持续提升

做事器中CPU、GPU芯片功耗占比较高。
根据《数据中央做事器功耗模型研究进展》，通用做事器内CPU、内存、存储等器件功耗占比为32%、14%、5%。
AI做事用具备“CPU+GPU”等异构构造，GPU高功耗带动做事器功耗提升，如英伟达H100GPU功耗高达700W，DGX H100做事器最大功耗10.2kW，GPU功耗估量占做事器总功耗的55%旁边。
芯片功耗持续提升：如Int e l的I c e Lake CPU功耗最高270W，2024年预期推出的Gr anit e Rapids CPU预期功耗预期更高。
2024年英伟达推出的B200 GPU，功耗达到1000W。
未来随着芯片性能提升与AI大模型逐渐发展，推动CPU\GPU等芯片功耗不断提升，带来广阔的前辈散热器件需求。

驱动 3：“双碳”与东数西算等政策哀求降落数据中央PUE

PUE = 数据中央总能耗/IT设备能耗。
PUE是评价数据中央能源效率的核心指标，其数值越靠近1，表示数据中央能效越高。
空调系统在数据中央能耗占比仅次于IT设备，在无法升级IT系统时，降落空调系统能耗是主要环节。
当空调系统能耗占比从38%低落到18%时，数据中央的PUE也从1.92低落到1.3.

“双碳”与东数西算等政策哀求降落数据中央PUE。
据Uptime Institut e，截至2022年环球中大型数据中央均匀PUE为1.55，根据《中国数据中央家当(宁夏)发展白皮书(2022年)》，2021年全国IDC均匀PUE为1.49。
“双碳”和“东数西算”双重政策下，全国新建大型、超大型数据中央均匀PUE降到1.3以下，集群内PUE哀求东部≤1.25、西部≤1.2，前辈示范工程≤1.15。

根据CDCC与浪潮信息，风冷方案数据中央PUE一样平常在1.4-1.5旁边，而液冷数据中央PUE可降落至1.2以下，知足干系的政策哀求。
我们认为，采取更加节能、效率较高的散热技能是大势所趋，液冷技能或将进一步打开成长空间。

芯片散热市场：高端处理器出货高增+功耗提升，驱动量价齐升

随着AI芯片及AI做事器的市场规模扩大，且芯片功耗增长提高散热哀求，我们认为芯片级散热市场规模增速有望提升。
AI芯片及AI做事器市场快速增长，英伟达营收连续三季度同比翻倍增长。
据Precedence，预期2026年环球AI芯片市场规模477亿美元，2024-2026年CAGR为29.72%；FY2024 Q4，英伟达收入达221亿美元，环比+22%、同比+265%，实现营收连续三季度同比翻倍增长。
据S tati s ti c s，预期2026年环球A I做事器出货量达到2 36.9万台，2024-2026年预期CAGR为25.50%。
AI芯片功耗能力提升，散热市场规模增速有望提升。
2024年，英伟达发布B200，采取N4P制程，封装2080亿晶体管，而H100晶体管为800亿、采取N4制程，这带来B200封装密度提升、功耗达1000W，对散热技能提出更高哀求。

电信运营商：预期2 0 2 5年液冷或将达到50%渗透率

电信运营商或推动液冷技能逐步开展技能验证、规模实验。
2023年，三大运营商联合发布液冷技能白皮书，提出“三年愿景”： 1）2023年：液冷家当开展技能验证，充分验证液冷技能性能，降落 PUE，储备方案、培植与掩护等技能能力； 2）2024年：开展规模测试，新建数据中央项目10%规模试点运用液冷技能，推进家当生态成熟。
推进液冷机柜与做事器解耦，促进竞争，推进家当生态成熟，降落全生命周期本钱； 3）2025年：开展规模运用，50%以上数据中央项目运用液冷技能，共同推进形成标准统一、生态完善、本钱最优、规模运用的高质量发展格局。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的何投资建议。
如需利用干系信息，请参阅报告原文。
）

精选报告来源：【未来智库】。
未来智库 - 官方网站