專欄／散熱到底多熱？「液冷」散熱滲透率可望持續提升

當電腦打開3A遊戲大作，風扇運轉速度會大幅提升，手機打開《原神》會明顯感受到手機溫度提升，這些熱來自於晶片運算，當晶片有在運作就會產生熱，系統過熱則會導致運算錯誤、程式強制退出甚至導致晶片損害，因此在各種晶片都有給予散熱設計功率(TDP；Thermal Design Power)，此數值用以瞭解該晶片最大負載下所釋放的熱量，當晶片超過此數值會降頻保護晶片，且各種晶片TDP皆不相同。

手機TDP約為10～15瓦，由於TDP以及空間較小採用石墨片直接散熱，可以將熱有效擴散，避免單點溫度過高導致晶片故障。近期5G手機效能持續提升，除了既往的石墨片或石墨稀，也搭配超薄均熱板(Vapor Chamber, VC)提升散熱效果，均熱板內部含有液體，當下方晶片發熱，液體向上揮發，碰到上方較低溫的外殼凝結完成循環，透過液體的型態轉換達到散熱效果，熱傳導效果約為石墨膜的十倍以上。

筆電CPU晶片的TDP略高於手機，Intel Meteor Lake約為28～45瓦、Ryzen 8040約為35～54瓦，晶片上塗覆導熱介面材料(Thermal Interface Materials, TIM)，也就是常見的導熱膏，再貼上銅片/均熱片(Heat Spread, HS)、熱導管以及風扇模組，晶片的熱透過TIM傳導至銅片/均熱片、熱導管，最終由風扇將熱帶走。

桌電CPU晶片TDP略高於筆電，TDP普遍皆超過50瓦，採用由底板、熱導管、散熱鰭片及風扇組成的散熱模組，晶片熱能依序經由銅片/均熱片、底板、熱導管傳至散熱鰭片，散熱鰭片可以增加與空氣接觸的散熱面積，提升散熱效率，再由風扇將熱帶走。有些桌電外加高效能的GPU顯示卡，以NVIDIA RTX 4090為例，TDP高達450瓦，普遍會採用均熱板搭配風扇達到散熱效果，有些則會採用一體式水冷散熱器，晶片的熱傳導到水冷頭以及當中的冷卻液，冷卻液傳導至水冷排，水冷排是一個微水道的設計，高溫的冷卻液會經過細小的水道，再經由風扇將廢熱吹出。

伺服器散熱需求最為強勁，Intel Sapphire Rapids、AMD Epyc Genoa最高達350瓦，普遍使用均熱片、基座、熱導管、散熱鰭片的散熱模組，晶片塗上TIM並連接均熱片以及散熱模組，熱依序傳遞至均熱片、基座、熱導管，最終由伺服器風扇將廢熱帶出，倘若TDP較高可以提升熱導管、散熱鰭片密度或是採用均熱板達到較佳解熱效果。Intel、AMD於2024下半年推出的下一代伺服器平台──Birch Stream、Epyc Turin，TDP分別為500、600瓦，NVIDIA H100 GPU高達700瓦，開始採用3D VC，以均熱板為基礎，向上延伸出許多圓柱狀的熱導管，熱導管上方有大量散熱鰭片，晶片產生的熱透過底部均熱板快速分散，並由內部冷卻液的型態轉換將熱傳導至散熱鰭片，熱再由風扇帶出。

往後推出的NVIDIA GB200結合1顆Grace CPU、2顆B200 GPU，將會採用液冷板(cold plate)，晶片的熱傳導至TIM上方的液冷板，依序由水管(Manifold)傳導至幫浦、液冷背門，再經由風扇將熱傳遞至機房內，透過空調進行降溫。

定錨認為，晶片效能持續提升，產生的熱能也隨之增加，將帶動液冷的散熱方案滲透率將持續提升，未來有可能會導入開放式液冷，將熱能帶到外部的冰水機進行熱交換，但短期內浸漠式液冷很難成為主流。