半導體、雲端巨頭追捧液冷資料中心占比2025年可望達24%

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半導體、雲端巨頭追捧液冷資料中心占比2025年可望達24%

發布日期: 2023-07-31

專欄類別: ivendor最新消息、產業動態分析、產業新訊

半導體、雲端巨頭追捧液冷資料中心占比2025年可望達24%

作者：王郁倫出處：經濟日報

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電力能耗已成為資料中心未來最大挑戰，半導體設計、電信大廠及雲端服務業者使用的大型雲端機房，預估3年內將有4分之1比例使用液冷，液冷伺服器市場規模突破500億美元，省電跟減碳讓整體資料中心營運成本大幅下滑，瘋搶高價綠電背後，巨頭們正擁抱液冷散熱方案。

AI伺服器目前逾九成為氣冷散熱，但液冷式因能提高伺服器壽命、大幅減少用電量，比率逐步增加。攝影／程思迪

電力能耗已成為資料中心未來最大挑戰，半導體設計、電信大廠及雲端服務業者使用的大型雲端機房，預估3年內將有4分之1比例使用液冷，液冷伺服器市場規模突破500億美元，省電跟減碳讓整體資料中心營運成本大幅下滑，瘋搶高價綠電背後，巨頭們正擁抱液冷散熱方案。

半導體大廠必用的EDA（Electronic Design Automation）電子設計自動化工作流程，必須使用大量的資料中心儲存及運算力跑 EDA 軟體，晶片設計業者為降低 EDA 費用，偏好超高頻但低核心數處理器以降低 EDA軟體授權成本，而如何針對這些處理器散熱，節省電費，更是半導體業者關心焦點。

根據調研機構 CCID 預測，伺服器液冷散熱方案在2019年佔有率約兩成，市場規模超過146億美元，到2025年液冷普及度將提高至24%，液冷伺服器產值超過500億美元。

氣冷為主流但液冷省電勢力正抬頭

不過，目前雲端機房的主流散熱技術仍為「氣冷」，但氣冷越來越難應付英特爾（Intel）、超微（AMD）、輝達（NVIDIA）耗電翻倍的次世代 CPU 及 GPU，高耗電意味高碳排，並帶來高電費，若為減碳買綠電則代價更為昂貴，如何兼顧高算力跟低碳，已成資料中心案主最大考驗。

美超微是一線伺服器品牌商，正大力擁抱液冷方案。美超微主管透露，次世代資料中心一台（1U）伺服器耗能將達1500~2000W，一座機櫃機上看80～100KW（42～48U），但一台冷氣空調能解40KW熱，未來若堅持氣冷散熱，資料中心內很可能出現「冷氣比伺服器還多」的局面，由於空調耗電約佔資料中心3成電力，電費自然難以下降。

故減碳前，業者往往先朝節電下手。美超微主管分享四大秘訣：一、使用鈦金等級效率電源供應器（能源效率96%），而非業界的白金等級。二、利用導風罩及特殊風扇風流設計，降低5~10%耗能。三、開發高密度多節點伺服器，比方四台1U伺服器耗能1450W，但若把四顆處理器放在一台2U 4 Node的機台中，共用風扇跟電源供應器，總耗能可以降至1300W，節省10～15%能耗。四、則是導入液冷散熱方案，由於不用風扇，自然就省電。

業者也補充，若能設計出「耐熱」伺服器，譬如能承受35度溫度的伺服器，則只要 CPU 跟 GPU 使用冷板，將熱帶到熱交換機由冷卻水塔的水帶走熱，其他伺服器元件用氣冷，但不用開冷氣，更能節電。

「多數資料中心早已是水冷，冷氣都是用冰水主機，而不是用冷媒。」美超微主管透露資料中心導入液冷很容易，機房採用混和散熱或液冷散熱，只要連空調主機水管即可。

浸沒式液體挑戰多，氟化物氣體危害大

液冷又分水冷板及浸沒式兩大類，水冷板現在仍是液冷主力方案，業者粗估，不用氣冷（冰水空調主機及風扇）就能省四至六成的電力，至於浸沒式液冷方案散熱效果更好，未來若 GPU 越來越熱，也將成為不得不選擇的方案，但介電液體的選擇在3M宣布退出氟化物液體供應後，將出現變數。

「根據經驗值，伺服器在1KW以下能耗，用單相碳氫化合物（油脂類）液體就可以解熱，但若1~2KW則需要用到單相氟化物液體，2KW能耗則需要雙相浸沒式氟化物液體。」美超微主管分享，單相是全程介電液為液態，雙相浸沒式液冷則是液體轉氣體的解熱方案，散熱效率不易控制，為控制氣壓所需空間較大，且若氟化氣體逸散會影響環境甚劇。

浸沒式液冷伺服器是將伺服器整個泡入液體中，熱傳到液體上，再用幫浦把熱液抽送到熱交換機，透過跟冷卻水塔的冷水交換帶走熱。目前單相浸沒式方案仍是主流，油脂類液體仍是業者首選，但浸沒式技術仍有很多挑戰，比方介電液跟各零件的化學反映需要3～5年長期檢測，未來每一世代 CPU 材質也稍有不同，伺服器業者必須跟時間賽跑，不斷測試新材質。

也因此，根據調研機構預測，液冷伺服器到2025年將占整體資料中心散熱方案24%，但水冷板（Cold Plate）佔59%主導性地位，而被質疑較多的浸沒式液冷方案，占比在3年後將因技術逐漸成熟占比提升至41%，減少耗電及提高資料中心運算密度，已是半導體及雲端巨頭成本決戰場。

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