当我们谈论能击败英伟达（NVIDIA）、Google、微软，甚至是Meta 的存在，究竟是什么？答案或许并非更强大的AI，也不是更高速的芯片，而是你看不见、却能瞬间让服务器崩溃的“热”。
2024 年底至2025 年初，搭载Blackwell 芯片的英伟达服务器接连遭遇过热危机，传闻Meta、Google、微软的订单也因此受到影响。尽管英伟达已经透过调整机柜设计来解决这个问题，但这场“科技 vs 热”的对决，才刚刚开始。
不仅仅是英伟达，微软甚至尝试将服务器完全埋入海水中，希望通过洋流降温；而更激进的做法，则是直接将服务器浸泡在冷却液中，来一场“浸没式冷却”的实验。
但这些方法真的有效吗？安全吗？从大型数据中心到你手上的手机，散热已经成为科技业最棘手的难题。本文将带各位跟着全球散热专家高柏科技，一同看看如何用科学破解这场高温危机！
电脑发热并非新问题，1961年物理学家兰道尔在任职于IBM时，就提出了“兰道尔原理”（Landauer Principle），他根据热力学提出，当进行计算或讯息处理时，即便是理论上最有效率的电脑，还是会产生某些形式的能量损耗。因为在计算时只要有讯息流失，系统的熵就会上升，而随着熵的增加，也会产生热能。
换句话说，当计算是不可逆的时候，就像产品无法回收再利用，而是进到垃圾场烧掉一样，会产生许多废热。
要解决问题，得用科学方法。在一个系统中，我们通常以热设计功耗（TDP，Thermal Design Power）来衡量电子元件在正常运行条件下产生的热量。一般来说，TDP指的是一个处理器或芯片运作时可能会产生的最大热量，通常以瓦特（W）为单位。也就是说，TDP 应该作为这个系统散热的最低标准。每个厂商都会公布自家产品的TDP，例如AMD的CPU 9950X，TDP是170W，GeForce RTX 5090则高达575W，服务器用的芯片，则可能动辄千瓦以上。
散热不仅是AI服务器的问题，电动车、储能设备、甚至低轨卫星，都需要高效散热技术，这正是高柏科技的专长。
在电脑世界里，散热的关键就是把热量“交给”导热效率高的材料，而这个角色通常是金属散热片。但散热并不是简单地把金属片贴在芯片上就能搞定。现实中，芯片表面和散热片之间并不会完美贴合，表面多少会有细微间隙，而这些缝隙如果藏了空气，就会变成隔热层，阻碍热传导。
为了解决这个问题，需要一种关键材料，那就是导热介面材料（TIM，Thermal Interface Material）。它的任务就是填补这些缝隙，让热可以更加顺畅传递出去。可以把TIM想像成散热高速公路的匝道，即使主线有再多车道，如果匝道堵住了，车流还是无法顺利进入高速公路。同样，如果TIM的导热效果不好，热量就会卡在芯片与散热片之间，导致散热效率下降。
那么，要怎么提升TIM的效能呢？很直觉的做法是增加导热金属粉的比例。目前最常见且稳定的选择是氧化锌或氧化铝，若要更高效的散热材料，则有氮化铝、六方氮化硼、立方氮化硼等更高级的选项。
典型的TIM是由两个成分组成：高导热粉末（如金属或陶瓷粉末）与聚合物基质。大部分散热膏的特点是流动性好，尽可能地贴合表面、填补缝隙，但因为其太软了，因此受热受力后容易向外溢流；或者造成基质和热源过分接触，高分子在高温下发生热裂解。这也是为什么有些导热膏使用一段时间后，会出现干裂或表面变硬的情况。
为了解决这个问题，高柏科技推出了凝胶状的“导热凝胶”，说是凝胶，但感觉起来更像黏土。保留了可塑性、但更有弹性、更像固体。因此不容易被挤压成超薄，比较不会热裂解、寿命也比较长。
OK，到这里，「匝道」的问题解决了，接下来的问题是：这条散热高速公路该怎么设计？你会选择气冷、水冷，还是更先进的浸没式散热呢？
传统的散热方式是透过风扇带动空气经过散热片来移除热量，也就是所谓的气冷或者风冷。但单纯的风冷已经达到散热效率的极限，因此现在的散热技术有两大发展方向。
其中一个方向是液冷，热量在经过TIM 后进入水冷头，水冷头内的不断流动的液体能迅速带走热量。这种散热方式效率好，且增加的体积不大。唯一需要注意的是，万一元件损坏，可能会因为漏液而损害其他元件，且系统的成本较高。如果对成本有顾虑，可以考虑另一种方案——3D VC。
3D VC 的原理很像是气冷加液冷的结合，顾名思义，就是把均温板层层叠起来，变成3D结构。虽然均温板长得也像是一块金属板，原理其实跟散热片不太一样。根据英文原文Vapor Chamber，直接翻译是蒸气腔室。
在均温板中放入容易汽化的工作流体，当流体在热源处吸收热量后就会汽化，当热量被带走，汽化的流体会被冷却成液体并回流。这种利用液体、气体两种不同状态进行热交换的方法，最大的特点是：导热速度甚至比金属的热传导还要更快、热量的分配也更均匀，不会有热都聚集在入口（热源处）的情况，能更有效降温。
整个3D VC 的设计，包含垂直的热导管和水平均温板的3D结构。热导管和均温板都是采用气、液两向转换的方式传递热量。导热管是电梯，能快速把散热工作带到每一，层均温板再接手将所有热量消化掉。最后当空气通过3D VC，就能用最高的效率带走热量。 3D VC 跟水冷最大的差异是，工作流体移动的过程经过设计，因此不用插电，成本只有水冷的十分之一。但相对的，因为是被动式散热，其散热模组的体积相对水冷会更大。
从TIM 到3D VC，高柏科技一直致力于不断创新，并多次获得国际专利。为了进一步提升3D VC 的散热效率并缩小模组体积，高柏科技开发了6项专利技术，涵盖系统设计、材料改良及结构技术等方面。经过设计强化后，均温板不仅保有高导热性，还增强了结构强度，显著提升均温速度及耐用性。
随着散热技术不断进步，有人提出将整个芯片组或服务器浸泡在冷却液中的浸没式冷却技术，将主机板和零件完全泡在不导电的特殊液体中，许多冷却液会选择沸点较低的物质，因此就像均温板一样，可以透过汽化来吸收掉大量的热，形成泡泡向上浮，达到快速散热的效果。
然而，因为水会导电，因此替代方案之一是氟化物，效率会稍微差了一些。但是氟化物的生产或废弃时，很容易产生全氟/多氟烷基物质PFAS，这是一种永久污染物，会对环境产生长时间影响。目前各家厂商都还在试验新的冷却液，例如矿物油、其他油品，又或是在既有的液体中添加纳米碳管等特殊材质。
另外，把整个主机都泡在液体里面的散热逻辑也与原本的方式大相径庭。如何重新设计液体对流的路线、如何让气泡可以顺利上浮、甚至是研究气泡的出现会不会影响元件寿命等等，都还需要时间来验证。
高柏科技目前已将自家产品提供给各大厂商进行相容性验证，相信很快就能推出更强大的散热模组。
文章来源：https://pansci.asia/archives/379041
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液冷技术通过冷却液直接/间接接触热源，核心结构包括：
- 热交换核心 ：冷板（CPU/GPU专用）、CDU（冷量分配单元）；
- 循环网络 ：Manifold分液器、EPDM/PTFE管路、快接头；
- 动力与控制 ：变频循环泵（如飞龙股份电子泵）、智能温控系统。
主流方案中，冷板式兼容现网改造（占存量市场80%），浸没式为超算首选（PUE逼近1.0）。
2025年AI服务器的产值超过4000亿美元，年增45%。随着英伟达从Hopper系列向Blackwell系列转换，整个AI服务器产值提升。预计今年AI服务器的市场占有率会从去年的66%突破到今年的70%以上；另外，液冷散热方案的渗透率也有望从去年的14%提升到今年的30%。
涉及的材料有：铜、铝、复合金属材料、金属焊接材料、不锈钢、氟塑料、橡胶材料、密封材料、特种工程塑料、导热散热材料，热界面材料等
按照部件来分有：冷却塔、管道、CDU 液冷换热单元、CDU 液冷板、接头、歧管、主泵和辅泵、流量控制系统、过滤系统等
系统集成方面有：空调、机柜、传感器、电源、泄漏检测、控制单元等
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