AI 对算力要求大幅提升,进而增加系统发热量,如何提高系统冷却效果是未来的重点发展方向。目前,热界面材料传导热量+风冷/液冷进行热交换是主流方案,预计AI 将进一步打开行业空间。此外,新技术也有望加速渗透,如浸没式冷却、半导体热电技术等。
AI 促使算力爆发,系统冷却重要性凸显。AI 依靠算力的大幅提升,功耗增加而导致发热量急剧增加,如英伟达A100 GPU 芯片具有542 亿晶体管,浮点性能156TFLOPS,其功耗为400W;近期发布的H100 GPU,集成800 亿个晶体管,性能比A100 高6 倍,功耗为700W。AI 对算力的推动,无论是芯片数量的增加,还是性能的提升,都大幅提升系统发热量。因此,如何进行高效冷却将成为未来重点方向之一。
热界面材料(TIM)是热量传导的重要媒介。在散热领域,首先需要将热量进行传导,如使用热界面材料(TIM),包括1)高分子基复合材料——导热硅脂、导热凝胶、导热胶、导热垫片、相变材料等;2)金属基材料——低熔点焊料、液态金属材料等;3)新型材料——石墨烯、碳纳米管等。通过热界面材料,可以将半导体原件的热量传导至散热模组,起到了媒介传输的作用。
热量交换目前以风冷和液冷为主,其中液冷趋势明确。以华为数据中心为例,具有:1)间接蒸发冷却技术——利用外界冷源进行间接换热及水喷淋蒸发冷却技术;2)行级风冷方案——采用高送回风温度设计,使用高效直流变频压缩机与EC 风机,降低PUE;3)行级冷冻水方案——与冷水机组、水泵、冷冻水管共同组成制冷系统,同时采用EC 风机在热源近端制冷。在未来算力提升、功耗增加的背景下,预计液冷方案将成为重要发展趋势。
新技术将带来更好的冷却效果。液冷和风冷属于间接冷却,即先将冷却介质(空气或水)降温,再通过风扇或液冷板将冷却介质与芯片进行热交互。除了间接冷却,也有直接冷却方式,即将冷却介质与芯片直接接触进行热交换,可达到更好的制冷效果,如1)浸没式冷却——将电子设备直接放入充满如氟化液、硅油、合成油等的绝缘性液体中,通过液体的流动带走元器件的热量;2)半导体热电技术——利用佩尔杰效应实现电能向热能的转换,可实现在光模块等电子元器件上进行冷却,精准控制温度。
AI 在智能汽车上应用,有望推动芯片液冷的发展。AI 与汽车的结合是智能驾驶和智能座舱,芯片算力的提升将冷却方式逐步由风冷转变为液冷,即增加了液冷板,与整车热管理进行集成。特斯拉在model 3 中已使用了“液冷双计算平台”,我们预计未来更多车企有望搭载芯片液冷方案。
风险因素:AI 行业发展不及预期;热管理新技术进展不及预期;热管理行业竞争加剧;新的技术方案取代现有技术。
投资策略。1)热界面材料领域,推荐飞荣达,建议关注中石科技;2)风冷和液冷领域,推荐英维克、申菱环境、银轮股份,建议关注曙光数创;3)新技术方向,推荐润禾材料,建议关注富信科技。维持新能源汽车行业“强于大市”评级。