人工智能行业：元器件热管理需求不断提升，关注近热源端散热

元器件热管理需求不断提升，关注近热源端散热证券研究报告行业动态报告发布日期：2025年6月8日本报告由中信建投证券股份有限公司在中华人民共和国（仅为本报告目的，不包括香港、澳门、台湾）提供。在遵守适用的法律法规情况下，本报告亦可能由中信建投（国际）证券有限公司在香港提供。同时请务必阅读正文之后的免责条款和声明。分析师：于芳博yufangbo@csc.com.cnSAC编号：S1440522030001分析师：庞佳军pangjiajun@csc.com.cnSAC 编号:S1440524110001研究助理：孟龙飞menglongfei@csc.com.cn010-56135277摘要摘要核心观点：高算力需求推动算力中心单机功率密度上升，传统风冷难以为继，服务器液冷技术应运而生且成为必选项。冷板式液冷因成熟度高、应用广泛，占整体液冷市场约九成份额，是当前主流方案。其通过冷板与热源接触，冷却介质对流换热实现散热。未来，芯片功耗持续上升，晶体管数量遵循摩尔定律增长，热功耗显著提升，近芯片端散热成为服务器性能提升关键。消费电子领域，智能化、轻薄化趋势使热管、均温板等散热方案在中高端智能手机广泛应用，AI能力升级对手机硬件要求更高，进而推动散热需求提升。新能源汽车渗透率不断提升，高倍率快充面临散热等问题，液冷凭借高效散热成首选。建议重点关注液冷/散热核心零部件厂商。服务器液冷方案成为必选。高算力需求推动算力中心单机功率密度提升，传统风冷系统难以满足散热要求，液冷技术应运而生且走向必选。液冷技术主要包括冷板式、浸没式和喷淋式，其中，冷板式液冷技术占整体液冷市场的九成左右，是当前主流液冷技术。冷板式液冷技术成熟度高、应用广泛，其通过冷板与热源接触，冷却介质对流换热实现散热，全液冷服务器设计涵盖多个部件的冷板。AI能力升级对手机硬件要求提高，推动散热需求提升。随着智能手机性能及功耗的增加，以及薄型化热管、均温板生产工艺的不断成熟，热管、均温板在智能手机领域的渗透率持续提升，已逐步发展成为中高端智能手机的主流散热解决方案。未来，5G手机产品性能以及内部功能性器件不断升级，将催生更大的散热应用市场。笔记本电脑通常采用导热界面材料、石墨膜、热管、散热风扇等导热散热材料的组合进行散热，未来高性能化以及轻薄化对散热有更高的要求。新能源动力电池散热要求严格，液冷成为目前最佳散热方式。电池成本在新能源汽车整车成本中占比最大，约40%-50%。现阶段，锂离子三元电池凭借较高的能量密度和较好的热稳定性而广泛应用，但电池的最佳工作温度区间仅为 15℃~35℃，液冷主要靠强对流冷却液带走电池产生的热量，电池系统温差良好，冷却效率有大幅度提高，目前是最佳散热方式。此外，随着新能源汽车渗透率不断提升，高倍率快充面临散热问题，高端车型已经走向5C-6C，在补能效率提升的同时，对电池安全性以及散热优化提出更高的要求。综合来看，动力电池液冷以及液冷超充市场空间广阔。 风险提示：液冷技术研发不及预期、AI发展不及预期、市场竞争加剧、原材料供应及价格波动、政策与标准变化。高算力需求推动算力中心单机功率密度提升。风冷系统通过让冷源更靠近热源，或者密封冷通道/热通道的方案，来适应更高的热密度散热需求。随着机架密度升至20kW以上，多种液冷技术应运而生，从而满足高热密度机柜的散热需求。算力中心绿色低碳发展持续深化的需要。定义。PUE是算力中心最常见的评价性能指标，也是行业评价算力中心绿色性能的主要衡量指标，PUE值越接近于1，代表算力中心的绿色化程度越高。液冷技术主要分为冷板式、浸没式和喷淋式液冷技术等技术类型，其中冷板式液冷技术作为成熟度最高、应用最广泛的液冷散热方案。图：数据中心机架密度及对应冷却技术资料来源：Vertiv，《中兴通讯液冷技术白皮书》，中信建投图：数据中心制冷技术对应PUE范围图：液冷技术路线服务器：高算力需求推动服务器液冷散热走向“必选”服务器：高算力需求推动服务器液冷散热走向“必选”3服务器：高算力需求推动服务器液冷散热走向“必选”服务器：高算力需求推动服务器液冷散热走向“必选” 随着高密度芯片和封装技术发展，散热问题日益受到关注。晶体管数量的上升与摩尔定律基本保持一致，即晶体管的数量每两年翻一番。以英伟达GPU产品为例，芯片晶体管数量从GF100的32亿个，到H100的800亿个，再到B200的2080亿个，是前代GPU产品的2.6倍；热功耗（TDP）从H100的700W，提升到B200的1200W，增长约70%。H100每个机架的TDP约为40kW，B系列机架的TDP约为120kW，功率增约200%-500%。 传统的芯片散热主要以风冷为主，核心零部件是由热管和散热片组成的3D VC，散热上限700W左右，随着AI芯片持续迭代，单芯片TDP已超1000W，过高的芯片温度会直接影响芯片安全性及稳定性，推动散热能力更强的液冷走向“必选”。资料来源：ServeTheHome，中信建投图:Intel、AMD、NVIDIA芯片TDP变化趋势4服务器：芯片功耗服务器：芯片功耗不断不断提高提高，推，推升近芯升近芯片端片端散热散热需求需求近芯片端散热需求提升。在摩尔定律持续推动下，5G、AI、汽车电子等新兴市场算力需求不断增长，芯片集成度和功耗不断提高。在芯片集成度提升、尺寸微缩的发展趋势下，芯片的功耗和发热量也随之攀升，过高的温度不仅会影响芯片的性能和稳定性，而且还会对整体电子系统的安全性和可靠性产生威胁。从仿真服务器温度分布图来看，高负荷条件下，服务器内部热量主要集中在CPU/GPU，其次是内存、硬盘等其他部件。因此，近芯片端散热是服务器性能提升过程中需要重点解决的问题。资料来源：热设计，半导体行业观察，中信建投图:风冷方案低（左）/高（中）负荷下以及液冷方案（右）高负荷下服务器内部温度分布过高的温度会导致芯片性能下降，甚至出现死机等故障。极端情况下，过热可能引发火灾等安全事故。过多的电力消耗不仅增加了运营成本，还加剧了能源危机。高温会加速电子元件的老化，缩短设备的使用寿命。图:芯片设计中高热量带来的影响5服务器：冷板是服服务器：冷板是服务器务器液冷液冷核心核心部件，部件，产品产品种类种类多样多样冷板式液冷是指热源通过液冷板接触面导热至鳍片模组，然后冷却介质通过和鳍片对流换热从而实现换热的技术。全液冷服务器设计包括CPU/GPU冷板、内存冷板、硬盘冷板、PCIe/OCP卡、IO冷板、电源冷板。冷板冷却原理：冷板（由铜、铝等高导热金属构成的封闭腔体）是与发热器件接触实现换热的核心部件，主要由冷板基板、流道盖板、流体通道构成，冷板基板为液冷冷板的底层部件，与发热器件直接接触，流道盖板为冷板的顶层部件，与基板密封形成封闭的腔体，冷板整体预留有配管或接口模块连接口，流体通道为散热核心部件，冷却液流过流体通道，并通过与流体通道的接触实现换热。根据冷却液在冷板内是否发生相变冷板可以分为单相、两相冷板。资料来源：福曼科技，CoolIT，《绿色节能液冷数据中心白皮书》，中信建投图:服务器内部冷板结构图：单相（左）/两相（右）液冷板6服务器：冷板是服服务器：冷板是服务器务器液冷液冷核心核心部件，部件，产品产品种类种类多