無論是生活中能接觸到的電子產品，抑或是 AI 伺服器，高速運轉所帶來的熱能若不能及時排出，在長期高溫運轉下就可能會降低效能，甚至是是傷害到電子零組件，降低使用年限。散熱的效率好壞將大幅度地左右運轉效能，這也是為什麼在 AI 的浪潮下，投資人會將焦點放在散熱產業上。今天就跟著 fiisual 小編來一探究竟，散熱產業是什麼，在未來又有著什麼樣的展望吧！
散熱產業介紹
散熱技術演進
氣冷式散熱
過去常見的散熱模組主要由以下三個部分組成：散熱鰭片（Heat Sink）、熱導管（Heat Pipe）及散熱風扇（Fan）。
較大面積的散熱鰭片（通常用鋁或銅製成），可以加大接觸面積，提升散熱的效率。散熱導管使用較佳的導熱性材質（例如銅管），加快導熱速率，也能提高熱量排出的效率。最後，為了提高氣體對流，最大化熱能的交換，風扇就在此模組中起到了關鍵的效果。
儘管氣冷散熱的技術十分成熟，但隨著 AI 伺服器產品的迭代，其使用的晶片也為了因應更高的算力需求而持續進化。在這樣的情況下，氣冷散熱也逐漸無法滿足算力全開下伺服器的散熱需求。
資料來源：NVIDIA Blackwell's High Power Consumption Drives Cooling Demands; Liquid Cooling Penetration Expected to Reach 10% by Late 2024, Says TrendForce
傳統的氣冷散熱以加強空氣對流達到散熱的效果，最高散熱效率約在 400 - 500 之間。由上圖 Nvidia 近期產品比較表格中可以發現，由於算力需求的提高，TDP 需求大多至少須達 700W 以上， GB 200 甚至達 2700W。簡單來說，過去的傳統氣冷散熱模式已經不敷使用。
散熱設計功耗（Thermal Design Power，TDP）是指電腦處理器或元件在標準運作負載下的最大散熱需求。TDP 表示元件在運行中預期會產生的熱量，並且散熱系統必須能夠處理這個功耗以防止元件過熱。
液冷散熱
為了因應當前的散熱功耗需求，液冷（水冷）散熱的設計模組由液體取代氣體成為新的導熱介質，大幅度地提高了 TDP 上限，也部分解決了氣冷散熱需要更大量空間的問題。液冷散熱又分為開放式液冷（Open Loop Liquid Cooling）及浸沒式液冷（Immersion Liquid Cooling），兩者的冷卻方式略有不同。
1. 開放式液冷
冷卻方式和氣冷的原理更為相近，只是將導熱的介質由氣體改為液體（水冷液），利用液體的高熱容和流動性來帶走熱量。液冷散熱系統包括液冷板、冷卻液、泵、管路和散熱器等。液冷散熱更適合高性能運算設備，如AI伺服器和數據中心。
2. 浸沒式液冷
浸沒式液冷的冷卻方式是將整個伺服器或電子設備浸泡在特殊的不導電冷卻液中。冷卻液需要具備不導電、化學穩定性高及低揮發等特性，以確保液體在高溫中仍然能保持原有的特性，例如專用合成冷卻液（3M Novec）及全氟化合物液體（3M Fluorinert），目前主要在高階伺服器或商業資料中心中被採用。由於建置和未來維護成本皆相對氣冷及開方式液冷更高，另外既有的資料中心也需要經過重新設計才能改用，目前普及率相對較低，但仍有可能成為未來高階伺服器及資料中心的冷卻解決方案。
這裡我們也幫大家整理了三種散熱方式的比較表格做為參考：
| 特性 | 氣冷式散熱 | 開放式液冷 | 浸沒式液冷 |
|---|---|---|---|
| 散熱效率 (TDP) * | 400W - 500W | 1kW | > 1kW |
| PUE 值 * | 1.5 - 2.0 | 1.1 - 1.5 | < 1.1 |
| 技術成熟度 | 高 | 中 | 低 |
| 建置成本 | 低 | 中 | 高 |
| 維護難度 | 低 | 中 定期檢查和更換冷卻液 | 高 需要特殊冷卻液管理 |
| 空間需求 | 大 | 中 | 小 |
| 噪音 | 高 | 中 | 低 |
| 適用場景 | 一般運算 個人電腦、伺服器、一般用戶 | 高密度運算 高端電腦、工作站、伺服器 | 超高密度AI運算資料中心、 高密度伺服器 |
備註＊：散熱效率 TDP 和 PUE 數值僅為估計，具體可能因散熱模組的設計不同而有所差異。
進階散熱技術介紹
氣冷液冷比較
根據前面，我們可以看到隨著散熱技術的演進，傳統氣冷散熱的替代方案從轉換導熱介質的開放式液冷，到更高效的浸沒式液冷，皆能在不同程度上提升散熱效率。
我們由上圖可以看到，要提升散熱總量，不外乎要從兩個方向著手：散熱技術更新 或是 增加散熱所需空間。
1. 散熱技術更新
如同我們在上面所述，在相同的空間中，使用不同的散熱技術能有效地提升散熱效率。但技術的轉換一般而言，也會讓企業必須付出額外的成本。氣冷式散熱的技術相對成熟，仍然是目前最常見的散熱技術，建置成本也最低；反之，浸沒式的技術相對新穎，建置成本也較高，適用於對散熱要求極高的伺服器。
除了首次建置的成本有所不同之外，企業在技術更新上也可能傾向找尋可在既有產品上延伸的技術。浸沒式水冷需要重新設計系統，導入冷卻液，轉移的成本十分高。因此除了新建的大型資料中心及高級伺服器產線外，較少人直接採用。現有的資料中心需要進行大規模改造以支援液冷技術的導入，這將導致成本高昂。
2. 增加散熱所需空間
基於上述的兩大理由，企業若不願意放棄過去的系統，那麼擴增空間換取能散熱的總量，也是一種選擇的方向。我們今天要介紹的 3D VC 散熱技術，就屬於以空間換取散熱的一種。雖然 3D VC 廠商會強調它們技術優勢在於彈性的空間佈局，所需空間不一定大於傳統氣冷，但以目前已知有採用的伺服器來看，高度和重量似乎都有增加，且整體空間一定大於水冷式散熱，空間運用效率仍相對較差。
| 氣冷式散熱 | 3D VC | 浸沒式水冷 |
|---|---|---|
| 技術相對成熟，建置成本最低 | 增加並立體化散熱空間 | 技術相對新穎，建置成本較高 |
3D VC 散熱技術介紹
3D VC (Vapor Chamber) 技術相較於傳統散熱方案具有顯著優勢。它結合了熱板和熱管的特性，形成一個立體的真空腔結構，利用腔內工作液的作用，達到高效的散熱。我們可以把 3D VC 的技術視為一種技術的過渡（由氣冷轉液冷），也可以把它視為傳統氣冷散熱板的一種立體化延伸。
Vapor Chamber，中文稱為「均熱板」，是一種內部充滿特定工作液體的密封腔體。當設備運行時，熱源（如處理器）產生的熱量會使腔體內的液體蒸發，形成蒸氣。這些蒸氣迅速擴散到腔體的其他部分，將熱量傳遞出去。當蒸氣到達較冷的區域時，會凝結回液體，並透過毛細作用回流到熱源處，完成一個循環。
在三維度的均熱板中，工作液在液體和氣體之間大量的持續轉換並放出熱能，一來提升了散熱效率，二來也可以藉由蒸汽高效的將熱能擴散充滿至整個空腔，部分解決了傳統氣冷可能會面臨的散熱點集中，局部過熱的情況。
除了我們在上面有提到的空間利用優勢，3D VC 技術還有在成本及延展性上具有相對優勢，因此也是目前十分主流的散熱選項之一。
3D VC 散熱技術的優勢
1. 提高氣冷散熱上限
根據 3D VC 技術的供應商所最新公布的數據，目前 3D VC 可處理高達 700W-800W 以上的熱功率，遠超傳統氣冷方案。部分廠商也有提到，未來 3D VC 的熱功率上限瓶頸可能落在 900W - 1000W 間，這區間在過去三大散熱技術分類框架下，原來可能已經需要採用開放式水冷技術。3D VC 無疑提高了氣冷散熱的效能上限。
2. 技術成本優勢
水冷的建置成本可能高出傳統氣冷高達 10 倍以上，而 3D VC 的整體模組更新成本價格大約高出傳統散熱模組約兩倍左右。兩者相比下，3D VC 在當前的技術成熟度背景下，相對更具有價格的優勢，這也是 3D VC 仍然是許多中高階伺服器廠主流選擇的原因之一。
3. 技術延伸性
由於 3D VC 在空間部署上的彈性，可以使得許多既有的伺服器直接在原有的空間中升級，適用在不同的設備上。3D VC 更大的彈性來延展過去的技術和設備，這也是吸引許多廠商轉為使用 3D VC 作為技術的過渡，而非直接轉向水冷等高階的技術的原因。
散熱產業供應鏈
經過前面的介紹，希望大家已經對散熱技術的發展和最新技術有了些許輪廓。在了解完技術面後，接著我們就要來分享台灣的散熱產業中的參與者，以及其在全球供應鏈中扮演的關鍵角色。
產業鏈上游：材料及零組件
散熱產業上游主要包括了一些原材料及關鍵零組件的供應。過去許多台灣廠商在個人電子產品零組散熱件上多有耕耘，近期積極切入伺服器關鍵零組件市場。以下是一些主要的台灣上游參與者，這邊簡單分為基礎應用材料及關鍵零組件兩大類：
1. 應用材料
台達電（2308）：公司積極開發液冷散熱技術，積極投入液冷專用冷卻液之研發。預計 2024 年在 AI 冷卻領域的收入將超過 90 億元。
光洋科（1785）：自主研發及生產冷卻液。
2. 零組件
業強（6124）：專業導熱管供應商，營收占比達九成以上。近年來積極切入非 NB 散熱市場。
協禧（3071）：主要生產交／直流風扇等相關產品，並具有自主生產小型精密馬達能力，是散熱風扇的主要供應商之一。
力致（3483）：提供全方位的散熱解決方案，產品涵蓋熱導管、均溫板、散熱片、散熱模組、水冷板和浸沒式液冷技術等。
產業鏈中游：散熱模組
台灣的散熱模組產業十分成熟，根據估計資料，台灣包辦了約全球 70% 的散熱產值，這要部分歸功於台灣散熱模組過去在筆記型電腦等個人電子產品散熱零組件的長期供應，才能在 AI 伺服器等高階散熱需求出現時，以最快的速度接軌。以下是一些主要的模組供應商：
奇鋐（3017）：主要產品包括散熱片、風扇、散熱器、散熱模組、熱交換器、熱管、均熱板、水冷板。另外，奇鋐的 3D VC 技術及水冷板技術也先後通過了輝達（Nvidia）認證，成為合作供應商。
雙鴻（3324）：專注於設計與製造各類散熱模組，產品涵蓋風扇、散熱片、熱導管等。目前積極拓展AI 高階伺服器水冷散熱等市場。
建準（2421）：以生產風扇和散熱模組聞名，為散熱產業提供重要的動力元件。現今積極開發打造適用於液冷系統的產品線。
高力（8996）：切入伺服器液冷散熱技術領域，開發適用於高功耗設備的散熱解決方案，例如直接式液冷（D2C）及浸沒式液冷。
尼德科超眾（6230）：研發與製造散熱模組、散熱片、熱導管等產品，未來將與母公司 Nidec 合作，加強應用液冷散熱技術。目前已成功佈局 3D VC 組件供應。
產業鏈下游：整合及應用
散熱產業鏈下游包括了各式整合需求，除了過去的主要應用，如個人電腦（桌上型及筆記型電腦）外，在 AI 的浪潮下，伺服器及資料中心是散熱產業近期的主要推動力。台灣佔全球伺服器散熱產能約 9 成，相關模組供應商為 AI 算力需求下的主要受益者之一。另外，電動車、工業及網通設備也是散熱供應鏈的應用之一。
在 AI 伺服器及晶片算力需求的推動下，預期下游客戶對散熱解決方案的需求將不斷提升。根據摩根士丹利的預期，至 2027 年，數據中心對散熱系統的需求將創造約 48 億美元的市場機會，顯示市場十分看好散熱產業的需求成長。
