AI算力增长遭遇散热瓶
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2025年,单个AI训练集群的功耗已突破100兆瓦,相当于一座小型城市的用电需求。然而鲜为人知的是,这些能源中有40%被用于散热系统—这个数字在2015年仅为15%。随着GPU芯片功率从2010年的150W飙升至2025年的700W,散热技术已从"技术细节"变成制约AI发展的"核心瓶颈"。
人工智能的算力需求正以远超摩尔定律的速度增长,而芯片散热能力却遭遇物理极限。当芯片表面温度达到70-80℃时,温度每增加1℃,芯片可靠性就会下降10%;设备故障超过55%与过热直接相关。
华为昇腾384超节点通过高密度集成数百颗AI处理器,单机柜热密度已远超风冷散热极限。传统风冷仅能应对30kW以下机柜,而现代AI计算集群功率密度已突破50kW/柜。热失控风险如影随形,芯片温度每升高10℃,可靠性与寿命下降50%。
更严峻的是政策约束。国家"双碳"政策要求新建数据中心PUE≤1.3,而传统风冷PUE值普遍在1.5以上。若散热技术不升级,AI算力增长将伴随不可持续的能源消耗—预计2025年数据中心占全球总耗电量4.5%,年增12%。
液冷技术成为破局关
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面对热危机,液冷技术正以前所未有的速度成为AI数据中心的标配。2023年,三大运营商联合发布《电信运营商液冷技术白皮书》,明确提出:到2025年,50%以上数据中心项目应用液冷技术。
一、液冷的优势显而易见:
功率密度提升:传统风冷单柜支持8-10kW,液冷方案可轻松支持30kW以上,未来更可达100kW+。
散热效率飞跃:导热效率比空气高3500倍。
PUE显著降低:可降至1.05-1.1,较风冷节能30%-50%。
低碳环保:微软实践表明,冷板技术可减少15%温室气体排放和30%-50%水消耗。
二、市场呈现二分格局:
冷板式液冷:兼容旧机房改造,液体不接触元件,占据市场约65%份额。
浸没式液冷:效率最高,PUE可降至1.05,在超高密度场景逐渐扩大应用。
虽然液冷初期投资较高,但2-3年内可通过电费节省收回成本,长期来看是AI算力可持续增长的必然选择。
从数据中心到终端设备的散热挑战
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当AI算力向终端延伸,散热挑战呈现出全新维度。东吴证券报告指出,随着AI功能升级,手机主芯片散热设计功率已从A14的6W提升至A18 Pro的8W,散热成为制约性能的关键因素。
在智能手机领域,VC均温板(Vapor Chamber,真空腔均热板)以其散热面积大、能够实现面散热的优势,正逐步替代热管成为散热主材。这种三维立体结构的散热元件(3D VC)通过内部工质相变循环,实现高效热传导,是解决移动AI芯片散热难题的理想方案。
要实现液冷技术在AI场景的规模化应用,精准可靠的测试设备是前提。随着AI算力密度持续提升,散热测试设备正从"辅助工具"转变为"研发加速器"。选择合适的测试方案,可使产品研发周期缩短30%~50%,故障率降低60%以上。
特别是对于3D VC这类高精度散热元件,其性能直接决定AI设备的散热效率和可靠性。精准测量热阻、温差、压力等关键参数,成为液冷技术落地的关键一环。
3D VC性能测试
杰创测控专注液冷散热领域20年,其自主研发的3D VC性能测试机采用恒功率控制,通过精确调节液体流量,全面评估3D VC的散热性能:
1、设有4个工站,每个工站单独配置热源以及5个测温点,每工站均可独立工作
2、采用热阻法和温差法计算3D VC散热器性能
3、配备4通道恒温水箱,水温范围10~70℃可调,流量范围0.5~10L/min,精度1%F.S
4、配备旋转治具,可控制产品在0~180°的范围内任意旋转测试
5、配备自动化测试系统,减少人为干预,提高测试效率和一致性
6、内置软件能够实时记录、分析和生成测试报告,便于数据管理
7、能够根据需要调整样品尺寸和形状的固定方式,以适应不同测试要求