創新平臺／千瓦級散熱方案 突破散熱瓶頸

人工智慧實用化面臨散熱難題，但也帶來機會。AI示意圖。 路透

現今人工智慧發展迅速，並已進入實用階段，隨着各產業對AI的需求日益增溫，帶來追求效能與高耗能的魚與熊掌挑戰。目前AI晶片的發熱量已達近750瓦等級，但傳統的散熱元件只能提供500瓦的散熱能力，早已不敷使用，爲了突破這個難題，工研院攜手產業打造「千瓦級AI伺服器散熱方案」，協助企業解決高效能運算帶來的散熱瓶頸。

工研院團隊有鑑於高效能運算（HPC）崛起，如何解決高效產生的熱能，會是未來晶片技術中最重要的關鍵之一。工研院電子與光電系統研究所所長張世傑表示，研發團隊從既有的散熱片着手，但無論怎麼改良，散熱能力都有上限，無法進一步突破，團隊轉向另一個模擬性能分析，發現保護晶片的金屬蓋（LID），是阻礙散熱最大的元件，同時發現使用蒸氣腔均溫蓋板（Vapor Chamber Lid；VC Lid）可以取代傳統的金屬蓋，有效提升晶片的降溫能力。

VC Lid是一種極高效的熱擴散元件，貼合模組中的AI晶片，透過真空的蒸汽腔體，進行晶片內的水量蒸發與冷凝，達到快速傳熱與大量移除熱量的效果。

改變了保護晶片的金屬蓋材質後，另一項問題接踵而來，就是VC Lid內部有一層毛細結構，傳統的貼網式毛細結構竟無法因應千瓦級的晶片散熱。

工研院研發團隊利用電鍍方式讓結構形成枝狀晶毛細，這種毛細層很薄，顯微鏡下看起來像茂密的針葉林，吸水力極強，水的擴散速度很快，因此能夠讓 VC Lid承受更大的散熱量。工研院的研發已經讓VC Lid散熱量從原本的700W一路提升到1000W。

AI產業引起全球關注，包括AI晶片的先進製程、先進封裝凸顯臺灣在全球供應鏈的重要性。

工研院專注AI散熱技術，透過已成功研發的VC均溫板相關技術，進一步將VC元件應用在雙相浸沒式冷卻系統，將高均溫效果的VC元件加在伺服器的晶片上，最高可以提升原有的晶片散熱量50%，而且相較於傳統氣冷散熱機房的能源使用效率，這種浸沒式冷卻的機房節電量可降低超過30%，展現高算力、高速度、更低能耗之特點優勢，將推升雲端資料中心的核心機會與挑戰，並實現全球淨零排放目標。