來源：國金證券

冷板式液冷的主要優勢在于冷卻液不直接接觸電子元件，可選擇的冷卻液的種類較多，因此散熱的成本彈性較大，并且冷板散熱的技術更加成熟，綜合優勢較浸沒式液冷更高。根據 NVIDIA 的數據，其在去年發布的 GB200 NVL72 服務器使用“水對氣散熱”，即使用冷板冷卻的間接液冷方案；而英偉達在上一代芯片產品 B100、B200 中，依舊選擇的是較為傳統的 3D VC 氣冷方案，由此可見新一代芯片對于散熱需求更加重視，因此統籌考慮散熱的經濟性和散熱需求，我們預測英偉達 GB300 NVL72 最有可能選擇的冷卻方案或將是“冷板+部分浸沒”的混合液冷方案，因為對于服務器來說，不同組件的發熱功率不同，浸沒式的整體高效散熱方式對于部分低功率的發熱組件來說并不經濟，因此我們預測未來液冷的主流發展方向將會是對于主要高功耗的 CPU 采用浸沒式液冷，對于其他發熱元件采用兩相冷板進行散熱，該方案將更加經濟且高效。

從實際應用的角度來看，兩相冷板或將是當前首選的液冷方案，因為浸沒式液冷的建設成本要顯著高于冷板式，浸沒式在數據中心設計之初就需要進行相關規劃，在現有基礎上難以對數據中心進行簡單改造來應用浸沒式液冷，所以短期內很難成為液冷的主流方案被使用，更多的會是在新建的高性能數據中心會考慮采用全面的浸沒式液冷。兩相冷板由于冷卻液在散熱時發生相變，散熱效果要明顯優于單相冷板，當前能夠滿足主要電子元件的散熱需求。

兩相冷板式液冷架構示意圖

兩相冷板的散熱原理十分簡單，液相冷卻液在流經液冷板時吸收發熱器件的熱量氣化，氣相冷卻液再流經冷量分配單元（CDU）放熱液化，再次流入液冷板進行循環散熱。但是該散熱方案的重點，一方面在于兩相冷卻液的選擇，主要是以含氟制冷劑、氟化液等低沸點為主；另一方面在于冷板與發熱器件如芯片接觸時，如何高效地將熱量從發熱器件向散熱器件轉移。

由于凡是材料表面都會有粗糙度，當兩個表面接觸在一起時不可能完全接觸，總會有一些空氣間隙夾雜在其中，而空氣的導熱系數非常小，會造成比較大的接觸熱阻，這個現象在芯片這種微型精密設備中更加明顯且致命。因此這里便要使用熱界面材料（Thermal Interface Material，TIM），是一種用于涂敷在散熱器件與發熱器件之間，降低它們之間接觸熱阻所使用的材料，TIM 可以填充器件之間接觸的空氣間隙，可以降低接觸熱阻，提高散熱性能，是兩相冷板式散熱方案中必不可缺的材料之一。

從當前主要的 TIM 材料來看，導熱硅脂具有導熱性好、簡單易用、用途廣泛等優點，產品粘度低、觸變性好，適合于大規模生產；相變化材料（PCM）通常作為導熱界面應用的基體材料，其室溫下為固態，加熱后軟化，可以完全填補接觸表面的間隙；相變化金屬片（銦、鎵、錫等合金）的導熱系數極高，是其他 TIM 材料的數十倍，導熱性能極為優異。由于硅材的可靠性較弱，容易出現相分離現象導致導熱性能大打折扣，因此當前主要電子芯片的導熱材料轉換成了相變化材料；而在一些高端的電子芯片產品中會使用導熱系數最高、較為昂貴的相變化金屬片，即銦、鎵等液態金屬。

主要TIM材料種類及其優缺點

液態金屬 TIM 材料主要是鉍基、銦基、鎵基合金的高性能導熱界面材料，克服了純液態金屬易流動、容易污染周邊電路、延展性差、表面潤濕差、操作工藝復雜等缺點，具有良好的觸變性、浸潤性和延展性，可以很好的填充界面之間的縫隙，大大降低接觸熱阻。由于其優異的導熱系數，液態金屬 TIM 材料主要可用于高熱流密度功率器件的導熱功能，具有超高導熱系數，物化性能穩定，零揮發，可以長期在高溫環境中正常工作，耐熱性遠高于現有熱界面材料，尤其適用于對揮發物敏感的激光器等高性能光學器件；在浸沒式環境的有機溶液中亦可安全使用，兼容所有冷卻液等主要優點。液態金屬 TIM 材料完美地兼容了GPU、CPU 的導熱需求，并且對于冷板式和浸沒式液冷均可使用，是當前高端芯片最為理想的導熱材料，可以配合幾乎所有的散熱方式與材料，也是未來主流的芯片導熱材料之一。

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