資料中心「熱戰」白熱化：氣冷極限已現

當全球科技業將目光聚焦於AI算力如何重塑生產力、推動新一輪數位革命之際，資料中心後端一場無聲卻激烈的「熱戰」已悄然白熱化。這場戰役的焦點不再是運算效能的提升，而是如何有效控制隨之而來的巨量熱功耗。

NVIDIA最新一代Blackwell架構GB300晶片熱設計功耗（TDP）已攀升至1,400W，较前代产品呈现显著增长。更值得警惕的是，預計2026年問世的Rubin架構將一舉將功耗推升至2,300W，較当前水平增长超过60%。這種功耗跳躍式成長的速度，远超業界預期，也讓傳統散熱方案的適用性蒙上陰影。

面對如此功耗躍升，主流氣冷技術已顯露應用極限。傳統散熱器與風扇的組合在應對數百瓦功耗时尚可支撐，但當熱設計功耗突破千瓦等級，氣流通道設計、散熱鰭片面積與風扇噪音都将面临严峻挑战。更关键的是，单纯提升风速不仅会导致能耗激增，更将撞上难以跨越的「散热墙」物理极限。

业界观察发现，传统液冷方案若仅以提高流量因应，不仅衍生可靠度与能效隐忧，更面临散热效率边际效益递减的困境。提升冷却液流速意味着更大的泵送功耗、更高的管路磨损风险，以及潜在的系统噪音问题。因此，开发更具节能潜力的新世代冷却技术，已成为资料中心产业的迫切需求。

兩相流冷板如何突破散熱牆？相變潛熱原理解析

为因应超高功耗晶片的散热挑战，并发展更具节能潜力的新世代冷却技术，工业技术研究院开发出「兩相流冷板（Two-Phase ColdPlate）」技術。这项创新方案与传统液冷系统有着本质性的技术差异，为高功率芯片散热开启了全新解方。

传统液冷系统依赖温差进行显热交换，冷却液吸收热量后温度升高，再通过热交换器将热量带走。这种单相流体的热传导效率受限于液体的比热容，当热流密度持续攀升时，需要大幅增加冷却液流量才能维持散热效能，导致泵送功耗线性增长。

兩相流冷板的核心理念在于利用低壓冷媒在冷板內受热产生相变。当液态冷媒吸收足够热量后，会从液相转变为气相，这个相变过程会释放大量「潜热」。关键在于，单位质量的潜热量远大于同等质量液体温度升高1°C所吸收的显热，这意味着相同质量的冷却介质可以带走更多热量。

据工研院实测数据显示，相同解热规格条件下，采用两相流冷板技术的系统可实现超过40%节能效益。这代表资料中心可以用更少的能源消耗达成相同甚至更好的散热效果，直接回应了AI算力爆发带来的能源需求压力。

从工程角度审视，两相流冷板技术还具备另一项重要优势：其工作状态更接近等温过程。相变过程中温度保持相对稳定，这对于精密的AI运算系统而言意味着更可预测、更可控的热管理环境，有助于维持芯片性能的一致性与稳定性。

40%節能效益真相：低壓架構與安全性優勢

探讨两相流冷板技术的产业价值时，必须深入理解其相较于传统高压液冷系统的本质差异。这些差异不仅体现在散热效率层面，更关乎资料中心的运营安全、设备可靠度与长期总持有成本（TCO）。

传统液冷系统为追求更高的散热能力，往往需要提升冷却液压力，形成高压液路。高压系统带来的工程挑战包括：管路连接处的密封要求更高、泄漏风险相应增加、系统维护复杂度上升，以及意外故障时可能造成的更大损失。更重要的是，一旦发生冷却液泄漏且未及时处理，不导电的冷却液（如水基或特定合成液）或许影响有限，但若采用导电性冷却液，泄漏可能导致严重的电路短路事故。

工研院两相流冷板技术採用低壓冷媒架构，从根本上规避了上述风险。低壓运行状态大幅降低了系统各连接点的密封压力要求，使管路设计与接头选择拥有更大的弹性空间。同时，低压系统发生泄漏时的严重程度也远低于高压系统，为运维团队争取了更多的响应时间。

冷媒本身的物理特性也带来额外安全保障。工研院采用的不導電特性冷媒，即使在意外泄漏并接触到昂贵服务器组件的情况下，也不会造成短路或其他电气损坏。这种被动安全设计对于追求7×24小时不间断运行的AI资料中心而言，价值难以估量。

工研院进一步指出，透过相变移热实现高效率散热，让资料中心冷却系统的节能效益真正落实。结合主动式热管理平台，可即时监控系统压力与温度，并依据运算负载自动调节流量，进一步优化能源使用效率（PUE），实现「高解热x低能耗」的最佳平衡。

在推动技术落地的策略上，工研院已建立完善的测试验证平台，可模拟高达4.0kW的加热条件，并实际协助国内厂商进行散热元件效能测试。此举不仅帮助业者满足上游端（如散热模块开发商）的严苛规格需求，更大幅缩短研发与验证周期，加速台湾散热产业进入全球AI供应链的进程。

台灣散熱產業2026年佈局：機會與挑戰

展望未来，随着AI服务器算力需求持续爆发，NVIDIA最新规划已明确朝向100%全液冷架构发展。这一战略转向不仅反映了技术演进的市场需求，更预示着整个资料中心基础设施将面临全面重构。台湾作为全球AI服务器与关键硬件代工领域的领军者，正站在产业升级的关键十字路口。

台湾半导体与硬件制造产业拥有深厚的累积优势，从芯片制造、服务器组装到系统整合，已形成完整的产业聚落。然而，随着散热技术成为决定效能、可靠度与系统竞争力的关键门槛，台湾产业必须加速向高价值散热解决方案布局，避免沦为低利润的组装代工角色。

两相流冷板技术的成熟，为台湾散热产业提供了切入高功率散热市场的契机。相较于传统液冷需要大规模改造既有设施，高压管路重新配置等高昂资本支出，两相流低壓架构的部署弹性更具优势，特别适合既有资料中心的渐进式升级需求。

然而，产业升级并非一蹴可几。既有机房设施常受限於楼板承重、复杂管路配置与空间限制等因素，若全面导入传统液冷，必须投入庞大资本支出，后续运维与安全管理更是沉重负担。工研院的两相流冷板技术方案，兼顾极致解热能力与系统稳定性，为产业提供更具可行性的升级路径。

从战略角度审视，台湾散热产业若能把握此波技术转型浪潮，从传统散热器与热导管等成熟产品，延伸至高阶液冷系统与两相流散热模组，将有机会切入AI服务器供应链的高价值环节。这不仅是技术升级，更是产业价值链的重构与提升。

常見問題FAQ

問：為什麼傳統氣冷技術無法應對AI晶片散熱需求？

隨著AI晶片功耗從數百瓦攀升至數千瓦等級，氣冷技術面臨三大根本性限制：首先，空氣的比熱容低，散熱效率受限；其次，風扇噪音與能耗隨風量增加呈非線性上升；第三，散熱鰓片面積與機櫃空間存在物理限制。當TDP突破千瓦門檻後，氣冷方案的散熱能力已逼近物理極限，無法滿足高效能運算的持續運轉需求。

問：兩相流冷板技術的40%節能效益是如何計算的？

兩相流冷板的節能效益主要來自兩個機制：一是相變潛熱的熱傳導效率遠高於單相流體的顯熱交換，相同質量冷媒可帶走更多熱量；二是低壓工作架構大幅降低泵送功耗。工研院實測數據顯示，在相同解熱功率條件下，兩相流系統的總能耗較傳統液冷系統降低40%以上。

問：既有資料中心升級液冷系統需要多长时间，投资回报如何？

升級週期取決於設施現況與改造範圍。小規模試點通常可在3-6個月內完成，全面升級則可能需要12-18個月。投資回報方面，高功耗AI工作負載的資料中心採用高效液冷方案後，電費節省與PUE改善可在2-3年內收回增量投資成本，同時獲得支援更高算力密度的擴展能力。

參考資料與延伸閱讀

• 工研院材料與化工研究所 – 兩相流冷板技術官方發布（https://www.itri.org.tw）
• NVIDIA Blackwell架構技術白皮書（https://www.nvidia.com）
• U.S. Department of Energy – Data Center Energy Efficiency Report 2025（https://www.energy.gov）
• ASHRAE Technical Committee 9.9 – 資料中心熱管理標準（https://www.ashrae.org）
• 工研院測試驗證平台 – 散熱元件效能驗證服務（https://www.itri.org.tw）