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創新平台/千瓦級散熱方案 突破散熱瓶頸

人工智慧實用化面臨散熱難題,但也帶來機會。AI示意圖。 路透
人工智慧實用化面臨散熱難題,但也帶來機會。AI示意圖。 路透

本文共852字

經濟日報 李珣瑛

現今人工智慧發展迅速,並已進入實用階段,隨著各產業對AI的需求日益增溫,帶來追求效能與高耗能的魚與熊掌挑戰。目前AI晶片的發熱量已達近750瓦等級,但傳統的散熱元件只能提供500瓦的散熱能力,早已不敷使用,為了突破這個難題,工研院攜手產業打造「千瓦級AI伺服器散熱方案」,協助企業解決高效能運算帶來的散熱瓶頸。

工研院團隊有鑑於高效能運算(HPC)崛起,如何解決高效產生的熱能,會是未來晶片技術中最重要的關鍵之一。工研院電子與光電系統研究所所長張世杰表示,研發團隊從既有的散熱片著手,但無論怎麼改良,散熱能力都有上限,無法進一步突破,團隊轉向另一個模擬性能分析,發現保護晶片的金屬蓋(LID),是阻礙散熱最大的元件,同時發現使用蒸氣腔均溫蓋板(Vapor Chamber Lid;VC Lid)可以取代傳統的金屬蓋,有效提升晶片的降溫能力。

VC Lid是一種極高效的熱擴散元件,貼合模組中的AI晶片,透過真空的蒸汽腔體,進行晶片內的水量蒸發與冷凝,達到快速傳熱與大量移除熱量的效果。

改變了保護晶片的金屬蓋材質後,另一項問題接踵而來,就是VC Lid內部有一層毛細結構,傳統的貼網式毛細結構竟無法因應千瓦級的晶片散熱。

工研院研發團隊利用電鍍方式讓結構形成枝狀晶毛細,這種毛細層很薄,顯微鏡下看起來像茂密的針葉林,吸水力極強,水的擴散速度很快,因此能夠讓 VC Lid承受更大的散熱量。工研院的研發已經讓VC Lid散熱量從原本的700W一路提升到1000W。

AI產業引起全球關注,包括AI晶片的先進製程、先進封裝凸顯台灣在全球供應鏈的重要性。

工研院專注AI散熱技術,透過已成功研發的VC均溫板相關技術,進一步將VC元件應用在雙相浸沒式冷卻系統,將高均溫效果的VC元件加在伺服器的晶片上,最高可以提升原有的晶片散熱量50%,而且相較於傳統氣冷散熱機房的能源使用效率,這種浸沒式冷卻的機房節電量可降低超過30%,展現高算力、高速度、更低能耗之特點優勢,將推升雲端資料中心的核心機會與挑戰,並實現全球淨零排放目標。

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