台积电开始导入微通道散热

AI芯片功耗快速攀升，液冷商机再迎升级潮。台积电先进封装研发处长陈燕铭指出，随着CoWoS持续大型化，单一封装整合更多计算芯片与高带宽内存（HBM），未来封装功耗推演可能由约600瓦攀升至4100瓦，供电损耗增加逾五倍，散热设计也将从服务器与机柜端进一步深入芯片封装，液冷必须与芯片、封装同步优化。

陈燕铭表示，微通道（Microchannel）散热技术通过在芯片或封装结构内设置微型流体通道，让冷却液更接近热源，有助提高热传效率，台积电已开始导入相关技术，并计划与封装架构共同开发。

随着液冷由机柜端逐步深入芯片封装，中国台湾散热供应链商机也由传统散热模组向封装级散热及液冷关键零部件扩大。机构看好，健策布局微流道上盖、均热板及封装级散热方案；奇宏、双鸿掌握水冷板、分流管及冷却液分配单元（CDU）；富世达切入快接头与盲插接头，高力供应板式换热器并布局单相、两相液冷，可望受惠GPU与CSP自研ASIC功耗持续攀升，以及AI服务器液冷渗透率提高。

陈燕铭表示，AI计算效能需求快速成长，硬件设计已由单纯的系统级芯片（SoC）微缩，转向逻辑芯片、HBM、光互连、供电及散热的系统级整合。台积电预估，透过先进制程、SoIC 3D堆叠及CoWoS大型化，2024年至2029年间，单一CoWoS封装内的计算晶体管数可增加逾48倍、内存带宽成长逾34倍，封装功耗也可能同步增加约六倍，散热能力成为AI芯片持续提升效能的重要关键。

面对热密度急升，陈燕铭指出，产业将由风冷加速转向液冷，现行作法主要是在封装上盖配置铲齿式冷板，热量仍需穿过一至两层热界面材料（TIM）；下一阶段则是将微流道整合进封装上盖，使TIM由两层减至一层，进一步缩短热传导路径，并探索射流冲击（Jet Impingement）、两相沸腾（Two‑phase Boiling）等新型液冷机制。

业内人士指出，微通道冷却与现有冷却技术最大的区别在于冷却液直接流经芯片，快速吸收并带走热量。这涉及在芯片内部挖掘“通道”供冷却液通过，并对芯片制造商和封装公司进行测试。一个小错误可能导致昂贵芯片被报废。

台积电积极投资下一代微通道冷却技术，意味着尽管AI芯片计算能力迅速提升，冷却已成为芯片行业的下一个关键战场，也是与先进封装技术竞赛的焦点。

除了电源和散热，陈燕铭还强调，仅依赖工艺技术已无法完成高度复杂的AI系统设计。未来，必须采用标准化设计方法和EDA工具，将芯片、封装、内存、电源和散热等元素整合进设计流程，进一步整合AI驱动的EDA，提升设计自动化和系统优化能力。

陈燕铭表示，AI将继续推动晶体管、异构集成和三维封装技术的发展。在下一代AI系统中，STCO已成为不可避免的发展方向，对下一代AI系统中的电力传输、冷却和冷却至关重要。台积电的3DFabric平台集成了先进工艺、SoIC三维芯片堆栈、COUPE硅光子学和CoWoS先进封装，同时提升了计算密度、高压机访问速度和传输带宽，同时提升了多芯片互联、供电和散热性能。