種種跡象表明，ChatGPT推動(dòng)AI等高算力場(chǎng)景，并催生散熱技術(shù)需求爆發(fā)。

ChatGPT技術(shù)的推廣進(jìn)一步催生了AI算力等大功率應(yīng)用場(chǎng)景的普及，通過連接大量的語料庫來訓(xùn)練模型，做到人機(jī)交互等場(chǎng)景功能，背后需要大量的算力作為支撐，隨著摩爾定律變緩，芯片算力與功耗同步大幅提升，風(fēng)冷散熱技術(shù)面臨極大的挑戰(zhàn)。

芯片散熱需要做到“內(nèi)外兼修”，在液冷技術(shù)逐漸受到重視的同時(shí)，芯片自身散熱也成為關(guān)注的焦點(diǎn)。國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)在高導(dǎo)熱材料方面做出了諸多探索，西安天和防務(wù)技術(shù)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“天和防務(wù)”)的“秦膜”系列高性能介質(zhì)膠膜產(chǎn)品，成為解決方案之一。

(資料圖片僅供參考)

天和防務(wù)有“爆款”

算力的持續(xù)增加，使得芯片功耗和熱流密度也在持續(xù)攀升，產(chǎn)品每演進(jìn)一代功率密度攀升30~50%。當(dāng)代X86平臺(tái)CPU最大功耗300~400W，業(yè)界最高芯片熱流密度已超過120W/cm2；芯片功率密度的持續(xù)提升直接制約著芯片散熱和可靠性，傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱能力越來越難以為繼。

據(jù)CDCC數(shù)據(jù)，液體的導(dǎo)熱性能是空氣的15-25倍，隨著熱密度的提升，液冷有望替代風(fēng)冷實(shí)現(xiàn)更高效散熱。市場(chǎng)人士表示，ChatGPT發(fā)展有望對(duì)算力帶來爆發(fā)式的增長(zhǎng)需求，算力提升帶來更高的芯片散熱需求，有望帶來芯片級(jí)液冷需求爆發(fā)。

與此同時(shí)，中國(guó)電信等國(guó)內(nèi)三大電信巨頭集體入場(chǎng)，也使得液冷技術(shù)變得更受關(guān)注。近日三大運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合發(fā)布了《電信運(yùn)營(yíng)商液冷技術(shù)白皮書》，規(guī)劃到2025年開展規(guī)模應(yīng)用，50%以上數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目應(yīng)用液冷技術(shù)。

東方證券日前發(fā)表研報(bào)表示，對(duì)于數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，我國(guó)約有45%的能耗用于IT設(shè)備，43%用于散熱冷卻設(shè)備。目前，數(shù)據(jù)中心冷卻仍以風(fēng)冷為主，但隨著數(shù)據(jù)中心數(shù)量增加、大型機(jī)架占比提升，以及人工智能應(yīng)用爆發(fā)帶來的高算力需求，數(shù)據(jù)中心高耗電的問題已不容忽視，液冷正逐步成為冷卻可選方案之一。

此外，多家廠商也推出了液冷產(chǎn)品。2022年8月，在武漢高性能計(jì)算大會(huì)上，長(zhǎng)江計(jì)算發(fā)布業(yè)界首款鯤鵬數(shù)據(jù)中心全液冷整機(jī)柜——長(zhǎng)江計(jì)算 Acceler 5000 PoD。相較于傳統(tǒng)方案，Acceler 5000 PoD 具有 2 倍能效比、支持全液冷技術(shù)和創(chuàng)新三總線等優(yōu)勢(shì)，解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)部署周期長(zhǎng)、散熱難、能耗高等痛點(diǎn)。

算力提升帶來更高的芯片散熱需求，在液冷技術(shù)成為主流散熱技術(shù)的同時(shí)，高性能芯片的導(dǎo)熱界面材料亦成為解決問題的關(guān)鍵。天和防務(wù)在導(dǎo)熱界面材料方面，推出了極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。

溫度可控制在40度左右

與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)在芯片自身散熱性能的提升方面，也取得了重大突破。

芯片尺寸的不斷減小也對(duì)熱科學(xué)提出了巨大挑戰(zhàn)。芯片的小型化和高度集成化，會(huì)導(dǎo)致局部熱流密度大幅上升。可以說，散熱問題已經(jīng)成為阻礙芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵難題，對(duì)于高功率芯片更是如此。

熱導(dǎo)率是材料的一種性質(zhì)，決定了材料的散熱性能。由于半導(dǎo)體材料中普遍存在的三聲子散射作用，材料熱導(dǎo)率隨著溫度升高而下降，這意味著在大功率、高溫升的工作條件會(huì)加速芯片的熱失效。

為了解決上述難題，由天和防務(wù)子公司天和嘉膜生產(chǎn)和銷售的“秦膜”系列高性能介質(zhì)膠膜采用領(lǐng)先的無溶劑膠膜制備技術(shù)，其產(chǎn)品可用于生產(chǎn)高導(dǎo)熱基板、導(dǎo)熱型高速基板、玻璃基板和高頻覆銅板等高性能覆銅板材料。

上述材料是近些年發(fā)展起來的新型電子行業(yè)所需要的基礎(chǔ)材料，如導(dǎo)熱基板材料用于電驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)、玻璃基板用于MINI-LED等新型顯示行業(yè)、高頻板用于無線通訊領(lǐng)域、高速材料應(yīng)用于終端和計(jì)算領(lǐng)域等，具有廣闊的市場(chǎng)空間。特別是對(duì)標(biāo)IC載板關(guān)鍵的ABF材料，天和“秦膜”系列無溶劑介質(zhì)膠膜正在提供極具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案，并有望在IC封裝膠膜領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。

主板溫度過高會(huì)產(chǎn)生怎樣的后果？最典型的例子，經(jīng)常碰到電腦死機(jī)的情形，有一部分是因?yàn)殡娔X主板溫度過高產(chǎn)生的。

一般情況下，電腦CPU在普通室溫下，正常運(yùn)行溫度會(huì)在45度到65度之間。但是，如果電腦運(yùn)行大型游戲，那么CPU溫度可能會(huì)升到70度到85度。“秦膜”產(chǎn)品的更具優(yōu)勢(shì)。據(jù)測(cè)算，采用秦膜產(chǎn)品，能夠把主板的溫度控制在40度左右，讓死機(jī)的成為歷史。

天和防務(wù)研究團(tuán)隊(duì)核心成員表示，除了控溫效果好之外，包括信號(hào)失真、信號(hào)失靈以及信號(hào)傳輸滯后等問題，也能得到很好的解決。

導(dǎo)熱性能提高約三倍

目前，散熱設(shè)備越來越貼近芯片等核心發(fā)熱源是重要趨勢(shì)，未來散熱預(yù)計(jì)將從房間級(jí)、機(jī)柜級(jí)、服務(wù)器級(jí)向芯片級(jí)演進(jìn)，通過散熱部件與芯片表面直接接觸實(shí)現(xiàn)更好的芯片散熱。

用于高性能芯片的導(dǎo)熱界面材料成為解決問題的關(guān)鍵。隨著電子設(shè)備不斷將更強(qiáng)大的功能集成到更小組件中，溫度控制已經(jīng)成為設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的挑戰(zhàn)之一，即在架構(gòu)緊縮，操作空間越來越小的情況下，如何有效地帶走更大單位功率所產(chǎn)生的更多熱量。設(shè)計(jì)者們一直致力于提高各類服務(wù)器的CPU速度和處理能力，這就需要微處理器不斷地改善散熱性能。

同時(shí)，在其他應(yīng)用領(lǐng)域，諸如視頻游戲控制臺(tái)、圖像設(shè)備以及需要更高性能支持高清晰圖像的數(shù)字應(yīng)用中，也有對(duì)更強(qiáng)的計(jì)算性能的需求。于是，芯片制造商比以往任何時(shí)候更關(guān)注導(dǎo)熱材料(Thermally-Conductive Interface Materials，TIM)和其他能夠帶走多余熱量的技術(shù)，這些熱量對(duì)組件穩(wěn)定性和壽命均有反作用。眾所周知，接合處的操作溫度對(duì)電路(晶體管)耐用性有極大影響，溫度小幅降低(10℃-15℃)便能夠使設(shè)備壽命增加兩倍。

而“秦膜”產(chǎn)品的技術(shù)路線正是貼近這種發(fā)展路徑。“使用我們的產(chǎn)品，因?yàn)榱己玫膶?dǎo)熱性能，能夠在芯片堆積上面實(shí)現(xiàn)突破，比如做到二十層、三十層，也能保證一致性。”一位研究團(tuán)隊(duì)核心成員如是說。

就HDI板(高密度互連板)方面，此前通過層級(jí)堆疊方式，芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)二十層，甚至是三十層，受制于散熱問題，算力水平有限。而采用“秦膜”產(chǎn)品之后，高層板之前散熱性能不佳的問題迎刃而解，導(dǎo)熱性提高三倍，芯片性能因此有了大幅提升，可以幫助芯片實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而讓算力大幅提升。

另據(jù)了解，公司天和嘉膜、光速芯材面向新的市場(chǎng)機(jī)遇，完成了類 ABF膜的中試和小批量試產(chǎn)，正在進(jìn)行成套設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造，并計(jì)劃于2023年下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；HDI增層材料以及高導(dǎo)熱金屬基板、玻璃基覆銅板及透明顯示模組等產(chǎn)品已經(jīng)完成開發(fā)，進(jìn)入市場(chǎng)推廣階段。

天和防務(wù)在2022年度年報(bào)中提到，天和嘉膜、光速芯材的產(chǎn)品采用自主研發(fā)的高性能有機(jī)材料制備，在HDI、載板及高性能導(dǎo)熱基板等市場(chǎng)領(lǐng)域無論從成本、產(chǎn)品性能、環(huán)境友好性等方面均具有一定競(jìng)爭(zhēng)力。

如成本方面，目前陶瓷底板的每平方米的成本在三、四千元左右，而天和防務(wù)高導(dǎo)熱金屬基板的成本只需要五、六百元，且導(dǎo)熱性能比陶瓷底板還要好。

可以預(yù)見，隨著天和嘉膜、光速芯材材料業(yè)務(wù)的不斷拓展，將有望為公司打造新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，成為公司再次騰飛的新增長(zhǎng)極。(覽富財(cái)經(jīng)網(wǎng))

關(guān)鍵詞：