传统电子产品解决热耗方式分为「均热」及「散热」两大部分,即先在CPU及GPU上放置均热片(Heat Spreader或称Lid)封装后,再放置散热模组,简单来说,当CPU、GPU或VGA等发热元件运作产生高热时,先透过均热片将热均匀导向各区域,藉由大面积增加空气接触(气冷原理),将热扩散避免单点过热,然后再利用散热模组内的热导管或VC(散热板)水循环物理原理进行导热及散热,也就是在热导管或热板封闭环境中,将空气抽到100之1接近真空状态,利用真空环境低压、水沸点降至约50度到60度物理特性,藉由热导管或热板吸热,将铜热管或热板内水气化成水蒸气,再透过铜管内的铜网、毛细材等冷却让水蒸气凝结为水回到原点达到散热效果,在空间较大的PC、NB还会加上风扇,加速达到散热效果。
为因应高速运算需求,半导体制程朝更先进奈米制程及晶圆级3D封装发展,不仅晶片尺寸微缩,亦整合更多电晶体,热密度增加导致热衝击更大,长时间、甚至是24小时日以继夜运作的高速运算及高速传输产生瞬间高热频率大幅增加,均热片必须将单位面积所产生的高热快速传导均匀散布在整个板片上,让局部热点可能造成之元件不稳定性降至最低,增强元件的可靠度及寿命,新一代均热片除须有效接合各个晶片快速热传,以有效抑制Substrate受热变型,更进一步升级具有散热功能。
再者,两大伺服器新平台运算效能大幅提升,热设计功耗(TDP)亦前一代小于300瓦攀升至350瓦到400瓦,且当前资料中心的机柜密度已到达30KW、未来会达到60KW、甚至更高,连带所释放的最大热量也不断升高;以伺服器标准机柜为例,每个伺服器机柜有42层,每层放置一台伺服器,一台伺服器有4颗CPU(中央处理器),每颗CPU运作时约产生300瓦热,当42台伺服器都在运作时,将产生40KW(千瓦)以上的高热,若加上GPU(图形处理单元),产生的热可能高达50KW(千瓦)以上,如同一个工业用烧结炉,为因应高速运算需求,一个资料库中心至少须1000个机柜,降低热耗让各机柜的伺服器系统维持稳定运作,成为建置云端资料中心必须克服的挑战。
过去伺服器散热,多是延伸3C科技产品气冷式散热模组,即由热导管或VC(均热板)搭配风扇,藉由风扇转动吹过(鱼者)片,将CPU所产生的热带离伺服器,但为数眾多的风扇同步运转过程中会产生高分贝噪音,同时也会有粉尘问题,影响散热效果,加上气冷散热另一个缺点就是能耗较高,资料中心能耗指标数据为PUE,气冷式散热的PUE(Power Usage Effectiveness即电力使用效率)约为1.69,也就是资料中心运算设备使用100W的电力,则需额外耗费69W在散热设备上,不仅无法满足解热需求,亦不符合ESG规范,近几年各大散热厂开始转向整合CDU(Coolant Distribution Unit)控制、「电源管理」、「气冷散热」及「液冷散热」等系统的全方位散热解决方案。(3-1)
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