AI芯片散热压力上升,内嵌液冷技术面世

AI芯片算力不断提升,芯片散热压力随之增加,散热问题逐渐影响AI硬件的迭代进度。韩国初创企业KoolMicro研发了一款芯片封装内嵌液冷方案,用于改善新一代GPU的散热问题。

传统散热方式存在局限

目前行业常用散热方式各有优劣。常规风冷依靠散热片和风扇散热,成本低、稳定性好,不适用于功耗数百瓦以上的高功耗芯片。

AI芯片散热压力上升,内嵌液冷技术面世_http://www.hnzqjt.cn_行业资讯_第1张各类散热方式参数对比表格

现阶段高性能数据中心大多采用冷板散热,通过水冷金属板贴合芯片外壳完成散热。浸没式散热将服务器浸泡在绝缘冷却液中,散热效果较好,但基础设施搭建和维护成本偏高。

IMMC 集成流道微通道液冷技术

KoolMicro自研的IMMC集成微流道液冷技术,区别于传统外置散热方案。该技术可将散热结构布置在芯片裸片与封装层之间,进阶版本能够直接在晶圆内部集成散热结构。

该方案现阶段以纯水作为冷却介质,冷却液顺着分流结构流入细微流道,吸收芯片热量后从周边通道回流。简易的流通结构可以降低压力损耗,使芯片温度分布更加均匀。

AI芯片散热压力上升,内嵌液冷技术面世_http://www.hnzqjt.cn_行业资讯_第2张KoolMicro IMMC 专利液冷结构示意图

在环境温度25摄氏度、芯片温度上限95摄氏度的测试条件下,该方案可承载热流密度超过500瓦每平方厘米。对照多家机构公开数据,这款单相液冷方案的单GPU散热能力可达4.8千瓦,4千瓦负载工况下,芯片结温为83摄氏度。

相同工况下,同类散热方案芯片结温为117摄氏度,台积电研发原型产品结温为150摄氏度。能效方面,该方案散热效率约为传统微通道冷板的十倍。目前测试数据均来自企业原型实验,暂无第三方检测报告,产品仍有优化空间。

企业基础概况

这家企业成立于2022年2月,总部位于韩国大田。创始团队拥有高校科研经历以及三星半导体芯片散热研发经验。企业目前完成110万美元种子轮融资,在韩国和美国共持有、申请17项技术专利,覆盖流道结构、封装集成、流量控制等技术领域。

企业已研发三款原型产品,分别适配不同等级的散热需求。将该散热装置搭载在英特尔i9-14900KS处理器测试,跑分处于同型号处理器较好水平。

AI芯片散热压力上升,内嵌液冷技术面世_http://www.hnzqjt.cn_行业资讯_第3张轻薄化 IMMC 散热设备实物应用图

三级产品落地规划

企业按照集成程度划分三类商用产品,适配不同市场需求。

第一类 IMMC-1 为独立散热设备,可直接替换服务器主板原有冷板,无需改动芯片封装与晶圆生产流程,落地难度最低,主要面向服务器整机厂商、云服务商以及 AI 芯片企业。

第二类 IMMC-2 为封装集成式散热方案,在芯片封装组装阶段嵌入微流道散热结构,主要对接芯片封装企业。

第三类 IMMC-3 为晶圆级一体化散热,在芯片制造阶段直接制作散热结构,需要与晶圆代工厂深度合作,商业化落地周期最长,整体散热效率也最为突出。

行业市场与发展现状

行业数据预测,2030年全球高性能半导体散热模块市场规模为43亿美元,其中液冷细分市场规模12亿美元。该企业制定了营收目标,目前暂无商用量产产品,目标达成存在一定难度。

当前 AI 硬件散热市场依旧以冷板散热、浸没式散热为主,这款集成式液冷方案无需大规模改造数据中心基础设施,同时能够适配未来 3D 堆叠芯片的高热密度散热需求,符合行业异构集成技术发展路线。

目前企业已经在北美设立研发与市场服务站点,多次参与行业科技展会与技术峰会进行技术展示。

该散热方案理论技术成熟,团队研发经验充足,原型产品测试表现良好。但实验室产品想要大规模落地数据中心,仍需要较长的打磨周期。

三类产品需要对接不同合作厂商,还需完成多项资质认证,商业化推进存在不少难点。未来两至三年,这款液冷技术的市场适配性将逐步得到验证。