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產業
AI 算力需求急增，驅動雲端資料中心的架構產生變化，以 NVIDIA GB200 NVL72 為例，該伺服器功耗超過 1,000W，超過氣冷解熱上限，因此首次採取水冷散熱技術，以達效率最佳化。
另外，散熱大廠雙鴻科技董事長林育申表示，氣冷散熱的「臨界點」，將落在單顆處理器發熱功率 500Ｗ 。以目前 AMD 去年底釋出的新產品而言，已接近 400 瓦， Intel 的繪圖晶片處理器更直上 700 瓦，儘管現階段客戶仍在觀望，但依照目前趨勢，客戶採用全面水冷只是時間早晚的問題。
在此趨勢之下，台灣既有的氣冷散熱模組供應商、電源管理商和伺服器廠商皆開始切入水冷散熱的商機，那麼水冷散熱到底是怎麼樣的技術呢？水冷散熱有哪些概念股？讓股感從散熱模組開始為你介紹！
散熱模組現況？
目前散熱模組分為「氣冷散熱」和「水冷散熱」兩種，其中「氣冷散熱」就是用空氣做為媒介，透過熱介面材料（TIM,Thermal Interface Material）、均熱片（VC）或熱導管，由散熱鰭片（Heat Sink）或風扇與空氣對流進行散熱，而「水冷散熱」則是透過是以液體作為熱能傳導機制的散熱方式，水冷散熱系統目前有兩種方式，分別是開放式水冷（Open Loop Liquid Cooling）和沈浸式水冷（Immersion Liquid Cooling）。
接下來本篇文章將著重在「水冷散熱」說明他的重要性跟專業技術。
為什麼水冷散熱重要？
隨著生成式 AI 興起，伺服器的運算能力越來越強，使晶片熱設計功耗（TDP）的提高，傳統的氣冷散熱技術已經無法負擔，因為氣冷散熱以空氣作為介質，空氣傳遞熱的效率不佳，氣冷散熱最大的臨界點約落在約 400~500W，為了提高散熱效率，目前主要採取 3D 均熱板（3DVC），升級傳統的氣冷散熱模組，加強熱傳導的效率，該技術最高可散熱約 800Ｗ，雖然成本較低但體積大，此外，仍需配合空調降溫，使電力使用效能（PUE）極高（約 1.5~1.7 ），在 ESG 趨勢之下，目前多數國家，如歐盟、中國皆要求未來興建之資料中心的電力使用效能（PUE）需低於 1.3，
註：電力使用效率（PUE）是什麼？
PUE（Power Usage Effectiveness，電力使用效率）是計算資料中心節能省電的標準，計算的方式是資料中心的「設施的總用電量」與「IT設備用電量」之比。PUE 值越低，代表機房空調冷卻時所耗的電力就會更少，理想的 PUE 比率為 1.0，但是資料中心需要冷卻系統、照明和其他設備，這些設備也會消耗部分電力，因此，正常來說資料中心的 PUE 將始終大於 1.0，傳統的資料中心的 PUE 落在 1.5~1.7。
此時，水冷散熱技術是目前新的解決方案，此技術又可以拆分為開放式水冷和沈浸式水冷，其中為沈浸式水冷的效果最強，極大的提高散熱效率，有效降低設備運行溫度，延長設備使用壽命，解決傳統氣冷卻的能源消耗、用水、碳足跡等成本居高不下的問題。
另外，現在的高階 AI 伺服器功耗都至少500Ｗ以上，NVIDIA GB200 NVL72 攻耗更是超過 1,000W，故需要更強的散熱技術解決，故水冷散熱成為未來重要趨勢及技術。
接下來，筆者將深入介紹水冷散熱的技術及應用場景。
水冷散熱是什麼？
水冷散熱可分為「開放式水冷」與「沉浸式水冷」兩種，除了技術不同外，兩者應用場景也有所差異，另外還有「相變化水冷技術」，可搭配「開放式水冷」與「沉浸式水冷」提升效能。
開放式水冷
開放式水冷可以沿用原本的氣冷機櫃，降低風扇及空調得需求，使耗電程度下降，進一步讓營運成本降低，是目前換代最佳選擇，不過會有漏液的問題需要維護。
開放式水冷較傳統氣冷多加入了液冷板模組（Cold Plate）、冷卻液分配單元（CDU）、冷卻水歧管（Manifold），並透過冷卻器和風扇背門或是熱交換器（RDHx）將冷卻液降溫，其運作模式是：
將裝滿冷卻液的密封管線（或稱封閉式冷卻迴路）環繞在伺服器內發熱的零件附近，透過導熱銅片（或稱「冷板」）將熱能傳導到冷卻液。冷卻液沿著管線流出伺服器，透過風扇背門排出廢熱使液體降溫，或透過熱交換器與外部循環水進行熱交換，最終流回伺服器內繼續使用。
資料來源：The immersion cooling technology: Current and future development in energy saving
沉浸式水冷
沉浸式水冷建造成本高昂 ，整個機櫃需要重新設計，無法沿用氣冷機櫃，且後續營運維護不易，AI 晶片大多廠商都沒有保固，如果冷卻液損壞了伺服器將會產生大量問題，不過散熱能力較有效率，耗電程度也較低。
沉浸式水冷是將伺服器完全浸沒在絕緣的液體（液冷劑）中，讓液體直接接觸和液體流動來傳導熱能，不需要透過散熱鰭片、導熱銅管或風扇等，液體透過循環冷卻方式再回流繼續吸收熱能，沈浸式水冷又可以分為『單相式水冷』或『兩相式水冷』。
單相式沈浸式水冷，把伺服器浸沒至導熱的介電液體槽中，流體不會改變其形態，始終保持為液態，伺服器產生的熱透過不導電冷卻液與發熱零組件直接接觸，透過冷卻液分配裝置 (CDU)裡設置幫浦來吸引介質流入裝置中進行散熱循環，若冷卻劑溫度無法適時降溫，則再透過額外一組冷卻設備來完成整個熱轉換循環；此液體沸點較高、不易揮發特性，因此單相浸沒式水冷系統通常無須嚴苛的密閉設計與環境控制要求。
由於單相式沈浸式水冷的冷卻液揮發性較低及不容易蒸發，故構造設計相對簡單，使前期建制成較低，後續的維運成本也比較容易控管。
兩相式沈浸式水冷，將伺服器浸沒至經過特殊設計的密封液體水槽，水槽內充滿不導電的冷卻液，此冷卻液的沸點低，伺服器內部產生的熱能，使散熱元件的附近的液體沸騰，液體在低溫蒸發的過程，自然形成冷熱帶走熱能，蒸氣在密封的液體水槽內，透過冷凝盤搜集蒸汽，再冷卻還原成液態，週而復始的進行熱交還的循環。
兩相式沈浸式水冷因為需要非常緊密的密封水槽，在設計及建置上較為複雜，另外在後續的維運上，因為該液體揮發性較高，故容易液體揮發流失，需要重新補充冷卻液。
| 單相式沈浸式水冷 | 兩相式沈浸式水冷 | |
| 冷卻液沸點 | 較高 | 較低 |
| 冷卻液是否有蒸發 | 始終保持液態 | 冷卻液會蒸發，再冷卻循環 |
| 水槽封閉狀況 | 無須嚴苛的封閉環境 | 完全緊密的封閉環境 |
| 初期建置成本 | 較低 | 較高 |
| 後期維運費用 | 較低 | 較高 |
| 電力使用效率 | 高，PUE 1.02~1.03 | 高，PUE 1.01~1.02 |
編按：單相式沈浸式水冷與兩相式沈浸式水冷沒有絕對的好壞，筆者僅針對兩項技術做出比較與區分，該項技術依據建置資料中心的考量不同，而採用適合的沈浸式水冷技術。
相變化水冷技術 －晶片均溫蓋板
為了使晶片體積縮小且效能更高，走向晶片垂直堆疊整合技術，但也讓晶片更難散熱，因此如何有效散熱為重要課題。 工研院研發的晶片均溫蓋板（Vapor Chamber Lid，VC Lid）此項技術能夠有效解決此問題，此技術採用 TGP LID 高均溫元件，而且 VC Lid 是一種極高效的熱擴散元件，整合於晶片模組之中，並貼合模組中的 AI 晶片，透過真空的蒸汽腔體，進行晶片內的水量蒸發與冷凝，達到快速傳熱與大量移除熱量的效果。相較於目前已普遍使用的實心銅蓋板（Cu Lid），應用均溫板（Vapor Chamber，VC）原理所開發的 VC Lid，散熱效果至少可再高出 30% 以上；如果後續的性能與可靠度更加精進穩定，VC Lid 將會成為每個 AI 晶片模組上，必要且關鍵的散熱元件，重要性不容小覷。
此外，目前 VC Lid 可導入水冷散熱系統， VC Lid 搭配開放式水冷可有效散熱 600W ，若搭配沉浸式水冷更可以散熱 1000W，達到千瓦散熱的技術。
水冷散熱概念股
台股中，有眾多公司皆有著墨水冷散熱技術，以下為目前台股主要的水冷概念股，介紹個股具備的題材，以及未來的營收展望。
筆者先針對個股對應的技術和題材做出整理，若讀者想針對有興趣的個股了解，下方將有更詳細的介紹。
| 個股 | 技術＆題材 |
| 雙鴻（3324-TW） | 投入逾 10 年研究水冷散熱，水冷版已持續放量出貨，沈浸式水冷正在研發試產中，雖然目前水冷佔營收比重不到 5% ，預估 2025 年水冷營收比重上升至 32% 。 |
| 奇鋐（3017-TW） | 目前已是美系 CSP 的 GB200 伺服器供應商之列，2024 年水冷營收佔比可望達到 5~10% ，預期 2025 年再翻倍，沈浸式水冷散熱研發試產中。 |
| 高力（8996-TW） | 擴充岐管（Manifold）、冷卻液分配（CDU）產能，預期在 2024 下半年顯著貢獻營收，沈浸式水冷客戶以台系伺服器廠商為主，預計 2024 年水冷營收占比達到 17% ， 2025 年達到 35％ 。 |
| 力致（3483-TW） | 於新北市新莊建廠，發展開放式水冷及沈浸式水冷，2024/4 月底完工，5 月開始量產，預計開放式水冷每月生產約 10,000 套，沈浸式水冷生產約 100 套。 |
| 廣運（6125-TW） | 2018 年成立熱傳事業群，2023 年廣運、其陽和工研院發布兩方攜手合作，導入先進的雙相浸沒式冷卻技術，整體系統散熱能力超過 2,000W，目前美系 AI 伺服器大廠正在驗證階段。 |
| 一詮（2486-TW） | 2023 年工研院與一詮聯合發表「相變化水冷散熱技術」，開發千瓦級高強度的散熱元件，工研院表示，已達到全球最高千瓦散熱水準，目前已經交貨給數家美國 HPC 大廠驗證中。 |
| 尼德科超眾（6230-TW） | 從 2018 年開始投入研發伺服器水冷散熱系統，近期因母公司 Nidec 接獲 AI 伺服器製造商美超微訂單，擬增加伺服器水冷模組 CDU 產能 10 倍。 |
下方為上述個股詳細的介紹，讀者可針對有興趣的個股，做進一步的了解。
雙鴻（3324-TW）
成立於 1998/8 ，營收比重分別為 NB 及桌機散熱模組 46% 、 VGA 及電競筆電 26% 、伺服器 23% 、其他 5% ，銷售地區主要為亞洲為主，其次為歐洲、美洲，主要品牌客戶為Apple、Dell、Samsung、HP、宏碁、華碩、聯想等。
2012年，雙鴻投入150萬美元，從IBM旗下超級電腦深藍（Deep Blue），拿下伺服器水冷技術，之後投入逾 10 年研究水冷散熱。雖然目前營收來自伺服器水冷散熱的占比還不到 5％，不過公司表示，已接到不少的研發案，將逐漸反映在未來的營收，預期 2024 年的研發專案會逐漸轉為訂單，到 2025 年預期能占整體營收 20％～30％ 。
奇鋐（3017-TW）
成立於 1991/12，主要營收比重為散熱佔 54% 、機箱佔 13% 、系統及周邊部件佔 24% 、轉軸(富世達)佔 10% ，主要銷售客戶為 Apple、Cisco、Dell、華為、聯想等國際大廠，銷售地區比重為亞洲約 88%、美洲約 9% 、歐洲約 3% ，原先產品以 PC 散熱為主，近年來轉向發展利基型產品，如通訊設備、伺服器應用散熱領域。
隨著AI GPU、ASIC 晶片及網通應用增加，在 3D VC 部分，公司在 2024/5 於越南廠增加 25 萬套產能，加計中國廠區原有 15 萬套產能，3D VC 月產能擴大至 40 萬片，後續隨越南廠新製程驗證通後，預計下半年 3D VC 將放大貢獻。
另外，水冷產品營收佔比可望由 2023 年的 2% 上升至 2024 年的 5~10% ，公司目標 2025 年再翻倍，目前已是美系 CSP 的 GB200 伺服器供應商之列，至於沈浸式水冷散熱，因水冷液仍存在問題需要解決，實際導入產品應還需要一段時間，不過公司已經開發產品試產中，雖然目前 3D VC 及水冷散熱的營收貢獻仍不明顯，不過 2025 年將有望有明顯成長動能。
高力（8996-TW）
成立於 1970/10，營收比重為熱能產品約佔 45% 、板式熱交換器佔 55% ，銷售地區比重為美洲約 47% 、亞洲約 33% 、歐洲約 18%，初期以金屬熱處理加工業務為主，陸續跨足銅銲加工及板式熱交換器等產品，為國內唯一掛牌之生產板式熱交換器廠商，為全球前五大的熱交換器廠商，主要應用領域為冷凍空調設備。
開放式水冷與沈浸式水冷產品部分，2023 年已小量供貨，公司表示，隨著 AI 及 GPU 高耗能散熱需求上升，預期未來水冷式應用市場營收有望增高，目前已成功打入美系伺服器客戶供應鏈，預期將致力擴充岐管（Manifold）產能，以滿足客戶水冷機櫃需求，此外，冷卻液分配（CDU）下半年將有更顯著貢獻營收。沈浸式水冷客戶以台系伺服器廠商為主，以專案式出貨，預計 2025 年後有機會以常態出貨。本土券商預估，高力水冷營收占比將由2023年的3％，提升至2024、2025 年的 17％ 與 35％，2023～2025年營收年複合成長率高達 373％。
力致（3483-TW）
成立於1997/11，主要營收來自散熱模組及風扇成品，銷售地區以亞洲為主，主要銷售客戶為DELL、宏碁、鴻海、仁寶、廣達及緯創等。
近年來積極佈局水冷解決方案，除了和英特爾成立散熱冷卻技術聯合實驗室，力致也在新北市新莊建廠，發展開放式水冷及沈浸式水冷，打造從設計、製造、驗證一條龍系統的先進技術總部，公司表示於 2024/4 月底完工，5 月開始量產，預計開放式水冷每月生產約 10,000 套，沈浸式水冷生產約 100 套，開放式水冷 PUE 可達 1.3 以下，沈浸式水冷可達到 1.1 以下，中長期成長動能展望樂觀，未來觀察 5 月營收後的表現，是否有逐月及逐季成長。
另外，近期公司於 2024/3/8 發行可轉債（轉換定價 168 元）及現金增資。
廣運（6125-TW）
成立於 1976/7 ，主要營收佔比為自動化物流系統約佔 44% 、太陽能電池約佔 41% 、工業電腦約佔 5% 、車用電子產品約佔 3% 。
2018 年成立熱傳事業群，開發高效能機房或AI數據中心散熱水冷方案，近年發展出水對氣、水對水及雙相浸沒式等產品，在散熱領域提供熱傳導完整解決方案，水冷產品從監控主機、水冷背門到零組件俱全。2023 年廣運、其陽和工研院發布攜手合作，導入先進的雙相浸沒式冷卻技術，實現高效能的熱管理並提升能源使用效率，廣運兩相浸沒式散熱設計應用於其陽的 SCB-1946 網路伺服器，並與工研院電光系統所進行技術合作開發，整體系統散熱能力超過 2,000W ，目前美系AI伺服器大廠正在驗證階段，可關注後續公司發布重大資訊及2024年下半年的營收變化。
一詮（2486-TW）
成立於 1977/6 ，主要營收為導線架約佔 60%、直下式電視背光模組約佔 14%、約佔均熱片(半導體) 19%、陶瓷基板約佔 9% 、IC 導線架約佔 9% 。
2023年，工研院與一詮聯合發表「相變化水冷散熱技術」，開發千瓦級高強度的散熱元件，直接貼附在高效能運算晶片表面，藉由晶片內的水量蒸發與冷凝，即可達到快速傳熱與大量移除熱量效果，工研院表示，「全球散熱能力最強的相變化水冷技術」，達到全球最高千瓦散熱水準，超越目前散熱技術一倍以上，目前已經交貨給數家美國 HPC 大廠驗證中。
另外，近期公司於 2024/4/9 發行現增發行 1200 萬股及發債 6 億元。
尼得科超眾（6230-TW）
成立於 1973/12 ，日本電產（Nidec）於 2018/10 ，宣布斥資 44.76 億元收購公司 48% 股權，成為最大股東，公司主要研發及製造熱導管與散熱元件，核心競爭力為熱管設計與製造能力，熱管 100% 自製，產能與良率為模組廠之冠，主要營收為散熱模組約佔 79% 、散熱片約佔 16% 。
從2018年開始投入研發伺服器水冷散熱系統，在 Nidec 成為大股東後，基於集團的分工及產能安排，尼得科超眾規劃生產水冷板、鰭片，其餘水冷核心技術則由日本研發中心負責，母公司主要生產風扇、CDU，近期因母公司 Nidec 接獲AI 伺服器製造商美超微訂單，擬增加伺服器水冷模組 CDU 產能 10 倍，為了持續擴增水冷商機，甚至不排除未來會將 CDU 月產能再擴增。
未來看法
目前區分三種散熱技術適用的熱功率範圍，500W 以下用氣冷，500~1000W 用開放式水冷，超過 1000W 要用到沈浸式水冷。在 AI 算力需求急增之下，未來伺服器功耗只會越來越高，此外，在 ESG 趨勢之下，資料中心被要求電力使用效率（PUE）需要低於 1.3 ， 3D VC 雖然能夠加強熱傳導的效率，可散熱約 800Ｗ，但 PUE 卻居高不下（落在 1.5~1.7 ），水冷散熱成為未來重要且必要的技術。
在股價上，總是呈現舊不如新，新不如奇，散熱雙雄中的雙鴻、奇鋐在 2024 年初經歷了一波飆漲，股價漲幅一倍以上，隨後在法說會為表示說，目前水冷的技術仍在初期跟試產中，要等到 2025 年才會量產，因此股價進入修正盤整，不過指標股持續在盤整階段沒有跌破，代表水冷散熱這個題材仍是市場投資人看中的，此時切入水冷商機的類股就有他們的上漲機會，而且更是會有明顯的上漲波段可以期待。
另外在水冷散熱中，因為伺服器是透過液體散熱，沈浸式更是浸泡在液體裡，若組裝及維運過程中，發生任何機櫃壞損，使液體流出或伺服器損壞， AI 大廠會向散熱模組廠商進行求償，此時散熱廠商的資產就要足夠大，預防意外發生，若資產太小的廠商， AI 大廠會較不青睞使用該公司的產品，因此，像是力致、一詮都有做現金增資及發公司債的籌資活動，可以留意後續公司的營運狀況。
最後，工研院和廣運、一詮合作開發「雙相浸沒式冷卻技術」、「相變化水冷散熱技術」，打造千瓦散熱的技術，過去與工研院合作的公司，未來大部分都有正向的發展，此項技術是否受到國際大廠認證，及實際商用化，也是值得期待的。
越來越多廠商佈局水冷散熱，投資人可留意上述得概念股，從中分析利多題材、營收展望、股價走勢，找出適合自己的投資標的的，參與水冷散熱的大行情。
【延伸閱讀】
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