AI推動液冷散熱崛起！什麼是「液冷散熱」技術？
記者 鄧天心／綜合報導
在科技的快速發展中，人工智慧（AI）的應用正逐漸推動伺服器的性能極限，根據TrendForce半導體研究表示，2025年將會是液冷散熱技術元年，屆時AI晶片的液冷散熱滲透率將從2024年的11％迅速提升至24％，成為未來技術競爭的焦點，NVIDIA的新一代Blackwell平台於2024年底正式出貨，隨著2025年伺服器市場對於高效能、高密度計算需求的增加，液冷散熱技術的應用將變得更加迫切。
液冷散熱技術是什麼？
液冷散熱技術，顧名思義，就是透過液體來為伺服器內的高熱零件降溫，傳統的散熱技術多數依賴空氣進行冷卻，也就是所謂的氣冷技術，這種技術在過去長期扮演著伺服器散熱的主力，但隨著伺服器計算能力越來越強，氣冷技術漸漸無法應對日益增長的熱設計功耗（TDP），以NVIDIA的Blackwell NVL72伺服器為例，其熱設計功耗高達140kW，已經達到了氣冷散熱的物理極限，因此液冷散熱技術應運而生。
液冷散熱的原理是透過將冷卻液循環於伺服器內部的關鍵零件，這些零件會透過導熱銅片將熱量傳導至冷卻液，冷卻液再經過管道流出，透過外部的熱交換器排出熱量後再次循環進入伺服器，這樣的冷卻方式可以大幅降低伺服器內的溫度，尤其是在高密度計算環境下，這是一種比氣冷更有效的降溫方式。
液冷散熱 vs. 傳統氣冷散熱
傳統的氣冷散熱依賴風扇將空氣引入伺服器內部，並透過散熱片將熱量排出機體，這種方式在運行效能較低的伺服器上表現良好，但隨著伺服器的運算能力越來越強，氣冷技術的效能逐漸無法跟上需求，尤其在AI計算領域，高效能AI晶片需要承受巨大的熱能，而氣冷的散熱效能不足以滿足這種需求，因此出現了液冷技術。
液冷技術可以分為兩大類：直接式液冷與浸沒式液冷，直接式液冷是將冷卻液導入伺服器內部的關鍵零件，透過導熱材料快速傳導熱量，適合一般企業級資料中心，而浸沒式液冷則是將整個伺服器機體浸入冷卻液中進行散熱，這種技術則更適合高密度的雲端資料中心使用，相比氣冷，液冷技術能夠更有效地降低高性能AI伺服器的運行溫度，減少因高溫導致的設備故障風險。
為何AI發展需要液冷散熱技術？
隨著AI技術的進步，AI伺服器所需的運算能力與日俱增，這也帶來了更高的功耗與熱量產生。在AI訓練過程中，巨量資料的處理需要高效的計算資源，這使得伺服器的熱設計功耗不斷攀升，例如，NVIDIA的GB200晶片功耗已經超過116kW，傳統的氣冷散熱技術在如此高密度的熱能下幾乎失效，這種情況下，液冷散熱成為解決方案的必然選擇，因為它能更有效地降低伺服器的溫度，確保伺服器在高效能運行下的穩定性。
隨著AI技術在各行各業中的應用增長，資料中心的負荷也越來越大，這讓液冷技術成為不可或缺的部分，液冷技術不僅可以降低伺服器運行的溫度，還能幫助資料中心節省能源消耗，減少碳排放，這也是目前全球推動可持續發展與環保政策下的一大優勢。
液冷散熱技術的優點
- 高效散熱：相比氣冷，液冷能夠更快速地吸收和排出伺服器內部的熱量，尤其在應對高功耗的AI伺服器時效果顯著。
- 節省空間：液冷技術不需要大量風扇與散熱片，因此可以節省伺服器內部的空間，讓資料中心能夠容納更多設備。
- 降低能源消耗：液冷系統可以幫助伺服器降低整體溫度，減少運行冷卻系統的能源消耗，有助於達成企業的節能目標。
- 延長設備壽命：過高的溫度會加速伺服器內部零件的老化，液冷技術能有效延長設備壽命，降低維護成本。
- 靜音運行：由於液冷技術不需要大型風扇來進行空氣循環，這使得伺服器的運行更加安靜，改善了資料中心的工作環境。
液冷散熱技術的缺點
儘管液冷技術有許多優勢，但其應用仍面臨一些挑戰：
- 安裝成本高：液冷系統需要專門設計的機房與冷卻管路，初期安裝成本相較於傳統的氣冷系統要高出許多，這對一些中小型企業來說是一大門檻。
- 維護複雜：液冷系統比氣冷系統更加複雜，涉及冷卻液的循環與管理，維護成本相對較高，並需要專業的技術人員進行維護。
- 漏水風險：液冷技術需要將冷卻液導入伺服器內部，一旦管道或接頭出現漏水問題，可能會對伺服器造成嚴重損害，因此防止漏水的設計必須非常嚴密。目前包括台廠的嘉澤與富世達正積極研發能防止漏水的快接頭技術，期望降低這方面的風險。
- 機房改造需求：液冷系統需要特殊設計的冷卻管道，這意味著現有的資料中心可能需要進行大規模的機房改造，這對許多企業來說是昂貴且耗時的工程。
隨著AI技術的快速發展，液冷散熱技術逐漸成為未來伺服器設計的關鍵，尤其在NVIDIA新一代Blackwell平台的推動下，2025年有望成為液冷散熱技術的元年，這項技術相較於傳統的氣冷系統具有顯著的優勢，能夠更有效地應對高功耗、高熱量的AI伺服器需求，並幫助資料中心節省能源與降低運行成本。
然而，液冷技術的高成本與維護複雜性也使得其應用面臨一定挑戰，但隨著科技的進步，這些問題有望逐步解決，在全球ESG意識高漲與企業加速部署AI伺服器的背景下，液冷技術將成為未來數據中心設計與建設的重要趨勢，並為台灣的散熱模組供應商、伺服器廠商等業者帶來新的市場機會。
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