AI 算力躍進 決戰散熱技術 如何降溫 決定資料中心能源效率表現

隨著人工智慧（AI）與高效能運算（HPC）應用蓬勃發展，全球資料中心的能源消耗快速攀升，散熱技術正面臨前所未有的挑戰與契機。特別是近期掀起話題的ChatGPT等生成式AI，需要大量GPU進行訓練與推理，其所使用的高階晶片功耗動輒千瓦以上，使得伺服器機櫃產生極高的熱能。散熱不再只是配角，而是決定AI算力能否穩定發揮、資料中心能源效率能否提升的關鍵環節。

高階晶片功耗所謂的「千瓦級」，指的是其熱設計功耗（Thermal Design Power，TDP），表示晶片在高負載運作時所產生的最大熱量，單位為瓦特（W）。TDP數值愈高，表示晶片在高速運作時發熱愈大，對散熱系統的要求也愈高。這項指標不僅影響伺服器運行穩定性，更是規劃AI資料中心時的關鍵考量之一。

自2017年以來，英特爾（Intel）、超微（AMD）、輝達（NVIDIA）三大晶片廠商旗艦CPU與GPU的TDP 均呈現大幅上升趨勢：Intel Xeon伺服器處理器從200W，預計到2025年提升至500W；AMD EPYC亦從180W躍升至500W，而輝達的資料中心GPU則從300W（V100）預期攀升至1,000W（B100／B200），成長幅度最高。這些數據反映出AI與HPC所需之運算密度快速上升，直接推升晶片熱設計功耗與散熱需求。

晶片功耗不斷提升，讓傳統依靠風扇與鰭片的氣冷方式，已經無法有效應對高熱密度的負載。產業界因此加速轉向液冷與雙相冷卻等更高效率的技術。尤其是當晶片的散熱設計功率（TDP）突破1.5千瓦時，傳統的單相水冷用水流方式帶走熱能，已漸顯不足，必須依靠液體氣化吸熱的雙相冷卻，甚至直接使用整機浸沒式液冷系統，也就是把伺服器放進特殊絕緣液體中，藉由液體的沸騰與冷凝循環來帶走熱量，才能有效且大幅提升熱傳導與散熱效能。

舉例來說，Supermicro在COMPUTEX 2025發表資料中心積木解決方案（DCBBS），以及新一代DLC‑2液冷技術。這套系統能以最高45°C的進水來提升冷卻效率，散熱效率高達98%，換句話說，它能降低約四成用電量、減少六成空間使用，並節省四成的用水量，讓總擁有成本（TCO）下降約兩成，且最快三個月就能完成部署落地。此外，Amazon Web Services（AWS）也於2025年公開其In‑Row Heat Exchanger （IRHX）液冷技術，這項技術最大優點是不用大幅改建既有機房，就能支援高功耗GPU的運行需求。

在全球散熱技術競賽中，台灣已是風扇、熱導管、散熱模組等關鍵零組件的主要供應者，相關產品市占率超過七成。憑藉深厚的電子產業基礎與政府的支持，近年來取得多項突破性進展，經濟部產業技術司也透過科技專案，長期聚焦於高效能運算與先進散熱技術的研發，並攜手工研院及其陽科技、一詮精密、廣運、復盛精密、訊凱國際、技嘉科技等國內企業，共同打造完整的AI伺服器散熱供應鏈生態系，努力讓台灣從「散熱元件供應大國」轉型為「高階系統解決方案出口者」。

其中一項代表成果「千瓦級蒸汽腔均溫蓋板」，是在晶片表面導入特殊設計的蒸汽腔均溫蓋板（VC Lid），利用水的相變化原理大幅提升熱傳導效率，單位面積帶熱能力達傳統銅質介面十倍，晶片散熱效果可提升三成至一倍。

目前這項技術已經打入美國高效能運算晶片大廠供應鏈，成為新一代高功率AI晶片的核心散熱解方。另一項突破則是「雙相浸沒式冷卻系統」，將整機設備浸沒在絕緣液體中，透過液體沸騰與冷凝循環帶走熱量，散熱能力突破過去單相浸沒式約600W的上限，一舉提升至1,500W以上，成功突破了現有散熱天花板，成為全球首創的千瓦級晶片冷卻技術。

從晶片到系統的完整散熱方案，台灣不僅掌握了尖端散熱技術研發能力，更能與國際大廠接軌合作，在經濟部產業技術司的推動下，千瓦級散熱模組與雙相浸沒式冷卻系統，也已成功應用於全球IC設計大廠，協助應對新世代高功耗AI晶片的熱管理需求，讓晶片穩定性與能源效率同步提升，在全球HPC產業鏈中占有一席之地。未來可望持續拓展應用至邊緣AI、車載HPC、國防通訊、高速資料交換與衛星地面站等高熱密度設備領域，強化我國在全球運算基礎設施供應鏈中的戰略地位。（作者是工研院產科國際所產業分析師）