0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

芯片散热产业链分析报告

向欣电子 2024-12-15 19:40 次阅读

01

芯片散热概览

芯片散热起源:电子设备发热的本质是工作能量转成热能

电子设备发热的本质原因就是工作能量转化为热能的过程。芯片作为电子设备的核心部件,其基本工作原理是将电信号转化为各种功能信号,实现数据处理、存储和传输等功能。而芯片在完成这些功能的过程中,会产生大量热量,这是因为电子信号的传输会伴随电阻电容、电感等能量损耗,这些损耗会被转化为热能。

温度过高会影响电子设备工作性能,甚至导致电子设备损坏。据《电子芯片散热技术的研究现状及发展前景》,如对于稳定持续工作的电子芯片,最高温度不能超过85 ℃,温度过高会导致芯片损坏。

散热技术需要持续升级,来控制电子设备的运行温度。芯片性能持续发展,这提升了芯片功耗,也对散热技术提出了更高的要求。此外,AI大模型的训练与推理需求,要求AI芯片的单卡算力提升,有望进一步打开先进散热技术的成长空间。

▌散热技术原理:电子设备发热的本质是工作能量转成热能

散热是为解决高性能计算设备中的热管理问题而设计的, 它们通过直接在芯片或处理器表面移除热量来优化设备 性能并延长使用寿命。随着芯片功耗的提升,从一维热管的线式均温,到二维 VC的平面均温,发展到三维的一体式均温,即3D VC 技术路径,最后发展到液冷技术。

▌芯片散热革新:浸没式散热效果好,冷板式更为成熟

根据ODCC《冷板液冷服务器设计白皮书》,综合考量初始投资成本、可维护性、PUE 效果以及产业成熟度等因素,冷板式和单相浸没式相较其他液冷技术更有优势,是当前业界的主流解决方案。

02

主要散热技术

▌热管:高效传热器件,适用大功率和空间小场景

热管,也称为Heat Pipe,是一种高效的传热器件。它能够通过内部工作流体 的相变过程,快速地将热量从一端传递到另一端,其结构简单,由密闭容器、 毛细结构、工作流体组成。热管具有高导热性能、温度均匀与等温性等特点。用于大功率芯片及散热空 间小的产品,如笔记本、服务器、游戏机、VR/AR、通信设备等。

▌VC:相比热管,具备更高的导热效率与灵活性

VC均温板,全称为Vapor Chamber,即真空腔均热板散热技术,是一种比热管更先进、更高效的导热元件,尤其在处理高密度电子设备的热管理问题时表现出色。相比热管,VC的导热效率与灵活度更强。铜的导热系数为401W/m.k,热管可以达到5000~8000 W/m‧k,而均热板则可以达到20000~10000W/m‧k,甚至更高。热管是一维导热,受其形状显示。而均热板形状则不受限制,可以根据芯片的布局,设计任意形状,甚至可以兼容处于不同高度的多个热源的散热。

▌机房空调:水冷空调相对风冷系统制冷效果好

风冷直膨式系统:是一种空调系统,主要用于中小型建筑或单独房间的制冷和制热。制冷剂一般为氟里昂,单机制冷量10-120KW。水冷冷水系统:一种中央空调系统,通过使用水作为冷却介质来传递热量。这种系 统一般由冷水机组、冷却塔、水泵和管道等组成,广泛应用于大型建筑。

▌液冷:冷板式与浸没式液冷为主

服务器液冷分为直接冷却和间接冷却,直接冷却以浸没式为主,间接冷却以冷板式为主。冷板式液冷的冷却液不与服务器元器件直接接触,而是通过冷板进行换热,所以称之为间接液冷。依据冷却液在冷板中是否发生相变,分为单相冷板式液冷及两相冷板式液冷。浸没式液冷是将整个服务器或其组件直接浸入液体冷却剂中的冷却方式。

▌冷板式液冷:需改造服务器,渗透率逐渐提升

冷板式服务器需要对服务器进行管路、结构等改造:如浪潮信息基于2U四节点高密计算 服务器i24,新增多块冷板与CPU、I/0、内存等发热单元接触,也设置多条管路在内与冷 板连通、在外连接机柜级别的分歧管道,实现系统中95%左右热量通过冷板接触热源由液 体直接带走,剩余5%左右热量经由PSU电源后置的风液式换热器里面的冷却水带走。

冷板式液冷服务器对原有服务器结构进行改造,考虑到职责归属、组装方式等因素,主要 玩家认为原有服务器厂商;服务器厂商采取采购冷板、管道等原材料,随后自行组装等方 式进行生产加工。冷板式液冷服务器平均价格或高于风冷服务器,随着其渗透率提升, 服务器厂商有望实现量价齐升与盈利水平的增长。

▌浸没式液冷:液体浸泡服务器整体,技术要求高

浸没式液冷是将整个服务器或其组件直接浸入液体冷却剂中的冷却方式。液 体完全包围服务器元件,从而更加高效地吸收和散发热量。按照工程液体散热 过程中是否发生相变,可以分为单相浸没式液冷及两相浸没式液冷。浸没式液冷服务器对服务器进行了外壳设计、主板改造、散热系统升级、密 封性等多重改造设计,对技术要求较高,主要由服务器厂商进行生产。

03

市场空间

▌驱动1:芯片防护安全性,温度控制有利于发挥芯片极致性能

芯片温度过高会影响设备工作性能,甚至导致电子设备损坏。据《Cabont e ch Maga z ine》,当电子设备温度过高时,工作性能会大幅度衰减,当芯片的工作温度靠近70-80℃ 时,温度每升高10℃,芯片的性能会降低约50%,有超过55%的电子设备失效形式都是温度过高引起的。我们认为,随着AI大模型发展、芯片性能提升,芯片功耗及运行温度呈增长趋势,或影响处理器等的工作效率。这对芯片级散热等技术提出更高的要求,芯片级散热有望打开成长空间、实现量价齐升。

▌驱动2:AI大模型发展+芯片性能增长,芯片功耗持续提升

服务器中CPU、GPU芯片功耗占比较高。根据《数据中心服务器功耗模型研究进展》,通用服务器内CPU、内存、存储等器件功耗占比为32%、14%、5%。AI服务器具备“CPU+GPU”等异构结构,GPU高功耗带动服务器功耗提升,如英伟达H100GPU功耗高达700W,DGX H100服务器最大功耗10.2kW,GPU功耗预计占服务器总功耗的55%左右。芯片功耗持续提升:如Int e l的I c e Lake CPU功耗最高270W,2024年预期推出的Gr anit e Rapids CPU预期功耗预期更高。2024年英伟达推出的B200 GPU,功耗达到1000W。未来随着芯片性能提升与AI大模型逐渐发展,推动CPU\GPU等芯片功耗不断提升,带来广阔的先进散热器件需求。

▌驱动 3:“双碳”与东数西算等政策要求降低数据中心PUE

PUE = 数据中心总能耗/IT设备能耗。PUE是评价数据中心能源效率的核心指标,其数值越接近1,表示数据中心能效越高。空调系统在数据中心能耗占比仅次于IT设备,在无法升级IT系统时,降低空调系统能耗是重要环节。当空调系统能耗占比从38%下降到18%时,数据中心的PUE也从1.92下降到1.3.

“双碳”与东数西算等政策要求降低数据中心PUE。据Uptime Institut e,截至2022年全球中大型数据中心平均PUE为1.55,根据《中国数据中心产业(宁夏)发展白皮书(2022年)》,2021年全国IDC平均PUE为1.49。“双碳”和“东数西算”双重政策下,全国新建大型、超大型数据中心平均PUE降到1.3以下,集群内PUE要求东部≤1.25、西部≤1.2,先进示范工程≤1.15。

根据CDCC与浪潮信息,风冷方案数据中心PUE一般在1.4-1.5左右,而液冷数据中心PUE可降低至1.2以下,满足相关的政策要求。我们认为,采用更加节能、效率较高的散热技术是大势所趋,液冷技术或将进一步打开成长空间。

▌芯片散热市场:高端处理器出货高增+功耗提升,驱动量价齐升

随着AI芯片及AI服务器的市场规模扩大,且芯片功耗增长提高散热要求,我们认为芯片级散热市场规模增速有望提升。AI芯片及AI服务器市场快速增长,英伟达营收连续三季度同比翻倍增长。据Precedence,预期2026年全球AI芯片市场规模477亿美元,2024-2026年CAGR为29.72%;FY2024 Q4,英伟达收入达221亿美元,环比+22%、同比+265%,实现营收连续三季度同比翻倍增长。据S tati s ti c s,预期2026年全球A I服务器出货量达到2 36.9万台,2024-2026年预期CAGR为25.50%。AI芯片功耗能力提升,散热市场规模增速有望提升。2024年,英伟达发布B200,采用N4P制程,封装2080亿晶体管,而H100晶体管为800亿、采用N4制程,这带来B200封装密度提升、功耗达1000W,对散热技术提出更高要求。

▌电信运营商:预期2 0 2 5年液冷或将达到50%渗透率

电信运营商或推动液冷技术逐步开展技术验证、规模实验。2023年,三大运营商联合发布液冷技术白皮书,提出“三年愿景”:1)2023年:液冷产业开展技术验证,充分验证液冷技术性能,降低 PUE,储备规划、建设与维护等技术能力;2)2024年:开展规模测试,新建数据中心项目10%规模试点应用液冷技术,推进产业生态成熟。推进液冷机柜与服务器解耦,促进竞争,推进产业生态成熟,降低全生命周期成本;3)2025年:开展规模应用,50%以上数据中心项目应用液冷技术,共同推进形成标准统一、生态完善、成本最优、规模应用的高质量发展格局。

报告节选:

5aa867ce-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5abbbebe-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5adda416-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5ae99730-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5b049972-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5b268fd2-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5b3bb0ce-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5b518390-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5b7d784c-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5b84f0d6-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5b9dacac-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5bb724c0-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5bcd2054-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5be3ffcc-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5c048620-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5c20c4e8-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5c3e2286-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5c539742-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5c72ee6c-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5c8d6c10-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5cac0076-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5cc1ab1a-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5ce2a090-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5cfb5fc2-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5d137044-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5d2a5b92-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5d4b3b3c-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5d5e9358-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5d7d77a0-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5d90ed6c-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5d9f4eb6-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5dc9544a-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5e1b6096-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5e5f52a6-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5e737204-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5e7d7402-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

5e902a52-bad9-11ef-8084-92fbcf53809c.jpg

-end-本文由“壹伴编辑器”提供技术支持以上部分资料转载“热管理行家”网络平台,文章仅仅用于交流学习版权归原作者。如有侵权请告知立删。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电子设备
    +关注

    关注

    2

    文章

    2826

    浏览量

    54069
  • 芯片散热
    +关注

    关注

    0

    文章

    9

    浏览量

    7566
  • 液冷
    +关注

    关注

    4

    文章

    109

    浏览量

    5138
收藏 人收藏

    相关推荐

    eVTOL电机电控产业链分析

    2021 年 2 月低空经济概念首次被写入国家规划,eVTOL 预计分场景从载物到载人、郊区到城市逐步应用。eVTOL 在旅游观光、物流运输、医疗急救、消防应急等场景投入使用,紧急医疗服务(EMS)、消防、搜索救援、空中执法预计为率先使用的场景,空中游览可能是通往载客服务的开端,后续空中出租车、飞行救护车和货物运输可能是未来 eVTOL 的常态化用途,eVTOL 预计将沿循从载物到载人、从郊区到城市、从特需到日常、从公共服务到商业化运营的发展方向
    的头像 发表于 01-13 09:43 596次阅读
    eVTOL电机电控<b class='flag-5'>产业链分析</b>

    华为汽车产业链的技术解析与未来展望

    编者语: 「智驾最前沿」微信公众号后台回复: C-0613 ,获取本文参考报告:《华为汽车产业链深度:竞争优势、产业机遇、产业链及相关企业深度梳理》pdf下载方式。 在全球汽车行业加速
    的头像 发表于 12-05 12:28 1046次阅读
    华为汽车<b class='flag-5'>产业链</b>的技术解析与未来展望

    58大新质生产力产业链图谱

    大跃升 的先进生产力。 58大新质生产力产业链图谱 01 元宇宙产业图谱 02 算力产业图谱 03 数商产业图谱 04 人形机器人产业图谱
    的头像 发表于 11-09 10:16 484次阅读
    58大新质生产力<b class='flag-5'>产业链</b>图谱

    电阻失效分析报告

    电阻失效分析报告
    的头像 发表于 11-03 10:42 395次阅读

    深视智能参编《2024智能检测装备产业发展研究报告:机器视觉篇》

    产业发展研究报告:机器视觉篇》客观分析了机器视觉检测装备的市场规模、地域分布和产业链特征,形成了机器视觉检测装备产业图谱,总结了锂电、光伏、
    的头像 发表于 08-05 08:38 405次阅读
    深视智能参编《2024智能检测装备<b class='flag-5'>产业</b>发展研究<b class='flag-5'>报告</b>:机器视觉篇》

    低空经济产业分析报告

    洞见分析行业资讯
    电子发烧友网官方
    发布于 :2024年07月30日 16:58:20

    AI驱动产业革新 | 芯片散热从风冷到液冷

    一、芯片散热概览:功耗升级、散热技术持续革新电子设备发热的本质原因就是工作能量转化为热能的过程。散热是为解决高性能计算设备中的热管理问题而设计的,它们通过直接在
    的头像 发表于 07-27 08:10 1280次阅读
    AI驱动<b class='flag-5'>产业</b>革新 | <b class='flag-5'>芯片</b><b class='flag-5'>散热</b>从风冷到液冷

    7.行业研究及十五五规划分析报告(行业发展环境分析和行业供应链分析)

    晶体和振荡器行业研究及十五五规划分析报告(行业发展环境分析)7.1晶体和振荡器行业发展趋势表68:晶体和振荡器行业发展趋势7.2晶体和振荡器行业主要驱动因素表69:晶体和振荡器行业主要驱动因素7.3
    的头像 发表于 06-24 14:00 419次阅读
    7.行业研究及十五五规划<b class='flag-5'>分析</b><b class='flag-5'>报告</b>(行业发展环境<b class='flag-5'>分析</b>和行业供应<b class='flag-5'>链分析</b>)

    佐思汽研发布《2024年北京车展新四化趋势分析报告

    佐思汽研发布《2024年北京车展新四化趋势分析报告》,从主机厂、智驾&传感器产业链、座舱&车联网产业链三大维度进行汇总分析
    的头像 发表于 05-21 15:16 1447次阅读
    佐思汽研发布《2024年北京车展新四化趋势<b class='flag-5'>分析</b><b class='flag-5'>报告</b>》

    2024世界芯片产业链博览会暨峰会,一位难求?巨头纷纷借势!

    2024年据行业数据显示,芯片产业链均呈现逆势增长、稳定复苏之势头。在业内一片紧赶慢赶的内卷中,很多芯片产业链巨头企业,纷纷借势业内最大、最专业的
    的头像 发表于 04-25 15:32 599次阅读
    2024世界<b class='flag-5'>芯片</b><b class='flag-5'>产业链</b>博览会暨峰会,一位难求?巨头纷纷借势!

    以芯驱动,创芯共生|2024世界芯片产业链峰会向世界发声!!

    破局而立、向芯而行。 2024世界芯片产业链峰会,立足深圳,于“芯片破局之龙年”向全球发出最强号召。 以“以芯驱动,创芯共生”为主题的2024世界芯片
    的头像 发表于 04-02 12:05 728次阅读
    以芯驱动,创芯共生|2024世界<b class='flag-5'>芯片</b><b class='flag-5'>产业链</b>峰会向世界发声!!

    2024年小米汽车产业链分析及新品上市全景洞察报告

    2024年小米汽车产业链分析及新品上市全景洞察报告 *附件:小米汽车全面洞察报告.pdf 本文主要介绍了小米汽车在市场中的布局和优势,以及其面临的劣势与挑战。小米汽车凭借品牌、技术和成本三大核心优势
    发表于 03-29 13:46

    充电桩产业链分析报告

    电子发烧友网站提供《充电桩产业链分析报告.pdf》资料免费下载
    发表于 03-04 15:58 38次下载

    充电桩产业链分析报告(二)

    充电桩洞见分析经验分享
    电子发烧友网官方
    发布于 :2024年02月29日 15:40:46

    充电桩产业链分析报告(一)

    充电桩洞见分析经验分享
    电子发烧友网官方
    发布于 :2024年02月29日 15:37:33