最近幾個月來，中國臺灣股市最火熱的新聞事件之一就是AI及散熱，包括主要散熱概念股幾乎全數(shù)大漲，尤其是與液冷散熱相關(guān)的部分上市公司呈現(xiàn)數(shù)倍上漲。鑒于中國臺灣是全球數(shù)據(jù)中心服務(wù)器最大產(chǎn)地以及散熱模組產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對成熟，這一事件或成行業(yè)發(fā)展風(fēng)向標。
資本市場走俏背后，是散熱技術(shù)愈發(fā)成為制約芯片等電子產(chǎn)品性能升級的阿喀琉斯之踵。
在行業(yè)人士看來，人工智能的競爭追根究底是算力競爭，而高算力芯片的一個主要瓶頸就是散熱能力，未來幾年AI行業(yè)中可能會出現(xiàn)算力被散熱“卡脖子”的情況。此外，鑒于散熱模組行業(yè)供給則和需求側(cè)的矛盾不斷加劇，散熱甚至已經(jīng)成為電子信息領(lǐng)域發(fā)展的最大痛點，亟待業(yè)界攜力攻堅。
與此同時，隨著散熱需求越來越高、功耗瓦數(shù)不斷增大和單價持續(xù)增長，散熱模組市場以快速壯大之態(tài)勢，成為前景廣闊的藍海產(chǎn)業(yè)。而當(dāng)散熱大戰(zhàn)逐步進入千瓦功耗時代，一場洗牌大變局或不可避免，原有市場格局將受到前所未有的沖擊，一些創(chuàng)新公司或新興技術(shù)有望走向舞臺中央，其中破局之道就在于通過創(chuàng)造性、顛覆性的技術(shù)探尋出最優(yōu)解決方案。
算力時代 熱成“禍首”
毋庸置疑，隨著芯片效能越來越高以及大算力時代到來，芯片散熱技術(shù)正變得越發(fā)重要。
中科創(chuàng)星董事總經(jīng)理盧小保對集微網(wǎng)表示，散熱已經(jīng)成為電子信息領(lǐng)域發(fā)展的最大痛點，沒有之一。“當(dāng)前，海量數(shù)據(jù)正推動對芯片面積和數(shù)量需求的迸發(fā)式增長，同時芯片工藝微縮產(chǎn)生的功耗也在持續(xù)增加，這進一步加劇了行業(yè)供給側(cè)和需求側(cè)的差距與矛盾。在這一行業(yè)局勢下，散熱技術(shù)已變得至關(guān)重要，比如現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵痛點就是耗電和散熱。”
在ChatGPT掀起全球AI熱潮后，數(shù)據(jù)中心的耗電量還將大幅增加，因為其中涉及的各種CPU、GPU、存儲芯片、AI芯片、交換機芯片和光模塊等功耗都非常大，需要把它們產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去，否則芯片就會燒壞。盧小保還指出，“有超過55%的芯片失效都是來源于熱傳不出去或溫度升高而引起，而且芯片在70度以上，溫度每升高10度其可靠性就會降低50%。”
在諸多細分領(lǐng)域，散熱技術(shù)的重要性不言而喻。芯瑞微創(chuàng)始人、董事長兼CEO郭茹進一步稱，在芯片的有限體積內(nèi)，如何將高集成、高能量密度產(chǎn)生的熱值和熱效應(yīng)準確計算并順利排出，已經(jīng)成為多源異構(gòu)芯片3D封裝中最具挑戰(zhàn)的問題。因為其間一旦對熱的分析不到位，在影響上小則引發(fā)系統(tǒng)失效，大則會導(dǎo)致整個系統(tǒng)燒掉。
由于熱源眾多且分布不均勻，散熱或熱管理可謂是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。正因如此，業(yè)界需要將相關(guān)熱管理、散熱技術(shù)快速提升，才能滿足芯片等電子信息產(chǎn)品的持續(xù)迭代升級。
在迅猛發(fā)展的AI、數(shù)據(jù)中心強需求刺激下，散熱模組技術(shù)的發(fā)展元年已經(jīng)開啟，而且正從風(fēng)冷技術(shù)轉(zhuǎn)向散熱能力更強的液冷技術(shù)方案。廣州力及熱管理科技（NeoGene Tech）創(chuàng)始人陳振賢表示，“半導(dǎo)體工藝一旦進入2nm，芯片的晶體管數(shù)量和算力自然會高倍數(shù)提升，但AI算力飚升的場景對超高功率芯片的解熱及散熱將持續(xù)帶來巨大挑戰(zhàn)。最終真正能確保高算力IC芯片發(fā)揮其設(shè)計極致功能的將是針對這些IC推出的超高功率解熱及散熱技術(shù)。”
他還稱，人工智能的競爭追根究底是算力競爭，而高算力芯片最終的瓶頸是“熱”。以往散熱產(chǎn)業(yè)只能算是芯片產(chǎn)業(yè)附庸，地位不高、競爭激烈。但ChatGPT的上線不僅推動了高算力芯片快速發(fā)展，勢必也將摧生頂尖的散熱技術(shù)公司。隨著高算力芯片的功率及功率密度急速攀升，擁有頂極散熱技術(shù)的廠商勢必將成為頭部算力公司不可或缺的親密合作伙伴。
千億藍海 且看中國
在行業(yè)發(fā)展格局方面，當(dāng)前散熱技術(shù)已基本形成了完整的全球產(chǎn)業(yè)鏈，并顯現(xiàn)出勃勃生機。
盧小保分析概述稱，從傳統(tǒng)散熱器角度，中國臺灣地區(qū)的企業(yè)相對做得更好，整個產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展到較高水平；在水冷板領(lǐng)域，北美企業(yè)相較更具優(yōu)勢；在氟化液等新興散熱技術(shù)領(lǐng)域，日本企業(yè)因在材料方面具備優(yōu)勢更具競爭力，但國內(nèi)不少創(chuàng)新公司也已做得不錯。
就國內(nèi)整體市場狀況而言，郭茹指出，國內(nèi)散熱產(chǎn)業(yè)起步比較晚，相應(yīng)熱分析的工業(yè)軟件更是尚在襁褓期，在“產(chǎn)學(xué)研用”等方面都未形成系統(tǒng)化、規(guī)模化的產(chǎn)業(yè)效應(yīng)，比如應(yīng)用側(cè)還沒有引起足夠重視，以及國內(nèi)在通用化和標準化上的經(jīng)驗積累和相關(guān)專家還不多。但在AI和數(shù)據(jù)中心推動下，這一短板問題也在逐漸改善和加強。
不過，陳振賢則對集微網(wǎng)表示，全世界90%以上的散熱模組廠都集中在國內(nèi)，包括熱導(dǎo)管、均溫板、3D VC散熱模組等等，其中很多是中國臺灣地區(qū)的上市公司，但工廠基本都分布在大陸，可以說傳統(tǒng)的散熱模組產(chǎn)業(yè)已經(jīng)比較成熟。他還提及，在高算力芯片的影響下，散熱行業(yè)從風(fēng)冷轉(zhuǎn)向水冷的過程中會對原有格局造成一些沖擊。這是因為之前大大小小的散熱模組廠太多，受到?jīng)_擊再所難免。
另一方面，作為各行業(yè)剛需及痛點，散熱產(chǎn)業(yè)也顯示出廣闊市場前景，并愈發(fā)受資本認可。
鑒于散熱模組與AI高算力芯片是“連體嬰”，英偉達萬億市值美元效應(yīng)連帶高算力散熱市場走俏。例如從今年2月開始，中國臺灣AVC和雙鴻(AURAS)的股價一路飆升，較4個月前均實現(xiàn)翻倍。而在這背后，作為全球最大散熱模組廠商，AVC是英偉達AI服務(wù)器系統(tǒng)DGX H100的風(fēng)冷散熱系統(tǒng)供應(yīng)商，雙鴻則是Supermicro服務(wù)器散熱系統(tǒng)的供應(yīng)商。
在市場規(guī)模方面，盧小保分析稱，以對散熱比較剛需的服務(wù)器為例，當(dāng)前全球服務(wù)器全年出貨量大概2000多萬臺，大致可以折算成每臺需要三個芯片散熱器。同時，假設(shè)300瓦（W）散熱模組成為行業(yè)主力以及每瓦對應(yīng)一元多的成本，那么服務(wù)器市場的容量約為180億元。另外，手機、平板的VC散熱模組大概在1美金左右，PC里的熱管再加風(fēng)扇約幾十元，更高端的技術(shù)方案可以達到兩三百元等，以及功率器件、激光器、大功率照明等場景中的散熱需求也很明確且巨大。
總體上，目前電子信息領(lǐng)域相關(guān)散熱市場規(guī)模超過千億元級別，這還不包括新能源汽車電池等散熱領(lǐng)域。盧小保展望道，“未來，隨著散熱需求越來越高，功耗瓦數(shù)不斷增大和技術(shù)含量增加帶來的每W單價持續(xù)增長，以及應(yīng)用場景繼續(xù)增多，散熱技術(shù)市場規(guī)模將進一步快速增大。”
散熱大戰(zhàn) 催生變革
在高算力芯片功率不斷升高同時，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界自然也掀起了芯片散熱技術(shù)競賽，并紛紛拿出其“殺手锏”。
陳振賢指出，高算力芯片的散熱主要在于熱設(shè)計功耗（TDP），英特爾當(dāng)前在售的CPU最高TDP值是350瓦，明年推出新CPU功率會達到500瓦，而AMD屆時推出的產(chǎn)品可能會達到600瓦。相比之下，英偉達目前的GPU H100的TDP設(shè)計規(guī)格已經(jīng)達到700瓦，是業(yè)內(nèi)最高功率的芯片。到了明年，單顆高性能AI芯片的熱設(shè)計功耗將會突破1000瓦。
“當(dāng)單顆高算力芯片功率達到1000瓦時，現(xiàn)有散熱技術(shù)都將會被革命。未來，芯片大戰(zhàn)將要轉(zhuǎn)為散熱大戰(zhàn)。”陳振賢補充道，現(xiàn)在業(yè)界主要幾家散熱大廠都在開發(fā)采用風(fēng)冷方案的3D VC散熱模組，加上風(fēng)扇散熱能力可以達到六七百瓦，但弊端是體積太過龐大。比如目前英偉達DGX H100服務(wù)器搭載了8顆H100 GPU，采用3D VC散熱模組，服務(wù)器為4U尺寸。由于液冷方案可以把體積做小，英偉達已計劃將其升級成液冷方案。因此，對數(shù)據(jù)中心、高端運算而言，風(fēng)冷3D VC散熱模組將只會是一個過渡性產(chǎn)品。
英偉達H100芯片
整體而言，業(yè)界如今比較普遍的散熱技術(shù)包括熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射和相變散熱等。但隨著功耗持續(xù)增加，水冷板等新型散熱方式愈發(fā)受到重視，未來或?qū)⒊蔀樾袠I(yè)主流。進一步來看，由于散熱技術(shù)或熱管理是非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，以及在各個環(huán)節(jié)中都需要想辦法提升散熱能力和效率，未來散熱模組行業(yè)競爭也將充滿機遇和變化。
在發(fā)展趨勢方面，盧小保認為，散熱產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)存在一些頭部公司，但在新的大變局時期，原有技術(shù)方案已不能滿足新的需求，而且原來的既得利益者或龍頭企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)最大。在這種局勢下，一定會有很多新興技術(shù)脫穎而出，或者至少原來非主流的一些技術(shù)可能會成為新的主角，甚至原來完全不存在的技術(shù)未來也可能會成為主流。
雖然行業(yè)領(lǐng)先的公司會在新技術(shù)方面投入，但并不一定能維持其一線地位。陳振賢亦表示，“AI市場競賽才剛剛開始，后續(xù)則是路遙知馬力。一旦高算力芯片的TDP開始飚升，液冷技術(shù)市場很快就要面臨新的變革，而目前市場上的當(dāng)紅炸子雞未必能笑到最后。”
盧小保進一步強調(diào)，“傳統(tǒng)的散熱技術(shù)是制造業(yè)，也沒有特別的技術(shù)含量。但現(xiàn)在的散熱瓶頸越來越多，亟待引入非常多新技術(shù)。未來幾年，散熱行業(yè)的發(fā)展是基于技術(shù)邏輯，需要技術(shù)創(chuàng)新型企業(yè)，而不是單單是局限于傳統(tǒng)的制造業(yè)技術(shù)。無論國內(nèi)還是國外，都將誕生散熱技術(shù)創(chuàng)新型的企業(yè)，以及可能會有新的巨頭出現(xiàn)，或新技術(shù)成為行業(yè)主導(dǎo)。”
破局之道：創(chuàng)新“最優(yōu)”
從芯片到器件到最終產(chǎn)品，可謂每一個層級都存在散熱需求，而且其中涉及不同的底層材料和技術(shù)路線等。但在“供需”矛盾不斷加劇下，散熱技術(shù)已經(jīng)制約諸多產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的升級發(fā)展。
盧小保表示，從散熱行業(yè)現(xiàn)狀來看，可能不單單是國內(nèi)被“卡脖子”的問題，可以說整個行業(yè)都面臨技術(shù)轉(zhuǎn)型升級和換代的痛點。但目前還沒有出現(xiàn)特別成熟的技術(shù)可以去替換，距理想的解決方案還有一定距離。對于這一問題，需要業(yè)界在材料、散熱結(jié)構(gòu)、設(shè)計和成本等各個點上努力做出自己的貢獻，而其中的關(guān)鍵在于要依靠一些創(chuàng)新性的技術(shù)和解決方案。
“如果只是在散熱工程技術(shù)上爭取改善，在原有方案上做一些微調(diào)或優(yōu)化，那么進步升級的速度會比較慢，提供的散熱能力與高性能、高算力等需求之間的差距會越來越大。”盧小保強調(diào)，只有通過一些創(chuàng)造性、顛覆性的散熱技術(shù)，從根本上實現(xiàn)規(guī)模數(shù)量級或數(shù)倍的能力提升，才可能解決當(dāng)前利用傳統(tǒng)技術(shù)所面臨的芯片性能散熱供需差距不斷擴大的問題。
盡管開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)解決方案成為突破產(chǎn)業(yè)瓶頸的重要通路，但陳振賢指出，問題是創(chuàng)新并非那么容易，也不可能所有公司都能實現(xiàn)創(chuàng)新突破，最后市場只能接受少數(shù)幾家的解決方案，因此很有可能形成贏者通吃的局面。對其它散熱模組廠商而言，可以通過選擇制造代工等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)和細分方案等模式尋找一些機會。
在散熱技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展進程中，無論是芯片還是電子設(shè)備，產(chǎn)品的體積、設(shè)計成本、可靠性等方面都是企業(yè)繞不過去的門檻，這些也是散熱技術(shù)必須平衡解決的問題。針對各種散熱材料、技術(shù)以及應(yīng)用場景，業(yè)界可以用不同的組合技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品，從而找出現(xiàn)階段的模式最優(yōu)解。
此外，郭茹對集微網(wǎng)表示，業(yè)界要抓住散熱技術(shù)發(fā)展的趨勢破局，就需要從以前的經(jīng)驗式散熱技術(shù)轉(zhuǎn)變成以工業(yè)軟件建模、計算為指導(dǎo)并貫穿于熱設(shè)計的整體環(huán)節(jié)；從新結(jié)構(gòu)、新材料兩個方向做技術(shù)突破，從而實現(xiàn)最優(yōu)化的散熱設(shè)計。基于此，在各類新型技術(shù)的開發(fā)和利用過程中，才能讓高效、便捷、環(huán)保的散熱技術(shù)成為企業(yè)產(chǎn)品的高度競爭力以及“準入門檻”。
在當(dāng)前產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，散熱技術(shù)的自主可控、自立自強也變得尤為重要。郭茹稱，“在全球都在關(guān)注散熱技術(shù)的背景下，我們要怎樣實現(xiàn)自主可控的發(fā)展，如何能夠站在市場上站得住腳以及成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支撐，確實是我們整個業(yè)界企業(yè)和相關(guān)人士都應(yīng)該思考的一些問題。
