来源：国金证券

冷板式液冷的主要优势在于冷却液不直接接触电子元件，可选择的冷却液的种类较多，因此散热的成本弹性较大，并且冷板散热的技术更加成熟，综合优势较浸没式液冷更高。根据 NVIDIA 的数据，其在去年发布的 GB200 NVL72 服务器使用“水对气散热”，即使用冷板冷却的间接液冷方案；而英伟达在上一代芯片产品 B100、B200 中，依旧选择的是较为传统的 3D VC 气冷方案，由此可见新一代芯片对于散热需求更加重视，因此统筹考虑散热的经济性和散热需求，我们预测英伟达 GB300 NVL72 最有可能选择的冷却方案或将是“冷板+部分浸没”的混合液冷方案，因为对于服务器来说，不同组件的发热功率不同，浸没式的整体高效散热方式对于部分低功率的发热组件来说并不经济，因此我们预测未来液冷的主流发展方向将会是对于主要高功耗的 CPU 采用浸没式液冷，对于其他发热元件采用两相冷板进行散热，该方案将更加经济且高效。

从实际应用的角度来看，两相冷板或将是当前首选的液冷方案，因为浸没式液冷的建设成本要显著高于冷板式，浸没式在数据中心设计之初就需要进行相关规划，在现有基础上难以对数据中心进行简单改造来应用浸没式液冷，所以短期内很难成为液冷的主流方案被使用，更多的会是在新建的高性能数据中心会考虑采用全面的浸没式液冷。两相冷板由于冷却液在散热时发生相变，散热效果要明显优于单相冷板，当前能够满足主要电子元件的散热需求。

两相冷板式液冷架构示意图

两相冷板的散热原理十分简单，液相冷却液在流经液冷板时吸收发热器件的热量气化，气相冷却液再流经冷量分配单元（CDU）放热液化，再次流入液冷板进行循环散热。但是该散热方案的重点，一方面在于两相冷却液的选择，主要是以含氟制冷剂、氟化液等低沸点为主；另一方面在于冷板与发热器件如芯片接触时，如何高效地将热量从发热器件向散热器件转移。

由于凡是材料表面都会有粗糙度，当两个表面接触在一起时不可能完全接触，总会有一些空气间隙夹杂在其中，而空气的导热系数非常小，会造成比较大的接触热阻，这个现象在芯片这种微型精密设备中更加明显且致命。因此这里便要使用热界面材料（Thermal Interface Material，TIM），是一种用于涂敷在散热器件与发热器件之间，降低它们之间接触热阻所使用的材料，TIM 可以填充器件之间接触的空气间隙，可以降低接触热阻，提高散热性能，是两相冷板式散热方案中必不可缺的材料之一。

从当前主要的 TIM 材料来看，导热硅脂具有导热性好、简单易用、用途广泛等优点，产品粘度低、触变性好，适合于大规模生产；相变化材料（PCM）通常作为导热界面应用的基体材料，其室温下为固态，加热后软化，可以完全填补接触表面的间隙；相变化金属片（铟、镓、锡等合金）的导热系数极高，是其他 TIM 材料的数十倍，导热性能极为优异。由于硅材的可靠性较弱，容易出现相分离现象导致导热性能大打折扣，因此当前主要电子芯片的导热材料转换成了相变化材料；而在一些高端的电子芯片产品中会使用导热系数最高、较为昂贵的相变化金属片，即铟、镓等液态金属。

主要TIM材料种类及其优缺点

液态金属 TIM 材料主要是铋基、铟基、镓基合金的高性能导热界面材料，克服了纯液态金属易流动、容易污染周边电路、延展性差、表面润湿差、操作工艺复杂等缺点，具有良好的触变性、浸润性和延展性，可以很好的填充界面之间的缝隙，大大降低接触热阻。由于其优异的导热系数，液态金属 TIM 材料主要可用于高热流密度功率器件的导热功能，具有超高导热系数，物化性能稳定，零挥发，可以长期在高温环境中正常工作，耐热性远高于现有热界面材料，尤其适用于对挥发物敏感的激光器等高性能光学器件；在浸没式环境的有机溶液中亦可安全使用，兼容所有冷却液等主要优点。液态金属 TIM 材料完美地兼容了GPU、CPU 的导热需求，并且对于冷板式和浸没式液冷均可使用，是当前高端芯片最为理想的导热材料，可以配合几乎所有的散热方式与材料，也是未来主流的芯片导热材料之一。

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