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#今日財經焦點 資策會 MIC 資深產業分析師點出兩大關鍵，全球半導體供需緊張狀況，預計 2022 年下半年至 2023 年才有機會緩解。
#資策會MIC #晶片短缺 #半導體

【散熱劃時代革命-液冷散熱】
時間：2021/8/1
發文：NO.1287篇
大家好，我是 LEO
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❖晶片效能越強-解熱難度越高
隨著半導體晶片發展-體積越來越小，電晶體密度越來越高，逐漸朝向高性能，超薄，微型化發展，電子元件散熱的空間越來越小，單位面積內所產生的熱能卻越來越高，無論是手機、電腦發熱發熱密度皆呈現指數級增長，此外，加密貨幣挖礦場，大型伺服器與資料中心，高階CPU、GPU產生的熱能更為驚人，如果熱能不能快速有效散出，輕則影響效能，嚴重會導致電腦或手機產生「電子遷移效應」，導致當機無法工作。
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❖台積電未雨綢繆超前部署
今年7月台積電在超大型積體電路 (VLSI) 研討會，展示晶片水冷研究結果，採用水通道直接引導到晶片，藉此提高晶片散熱效率。聽起來覺得不可思議，為什麼突然做這項研究？傳統晶片散熱-在晶片上塗導熱矽脂，將熱量傳到散熱器底部，導熱管、水冷管再將熱量導到鰭片，最後風扇將鰭片的熱量吹走，完成散熱。
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但是，若未來晶片採用 3D 堆疊技術，最新的SoIC先進封裝可以任意組合各種不同製程的晶片，除了記憶體甚至還能直接將感測器一起封裝在同一顆晶片裡面，線路的密度將是2.5D的1000倍，散熱就會遇到大瓶頸。
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3D堆疊晶片設計更複雜，更小的微縮製程，把晶片一層一層的堆疊起來，中間部分難以有效散熱，所以台積電的研究人員認為，解決方法就是讓水在夾層電路間流動，讓水直接從晶片內帶走熱量，這是最有效的方案，這裡指的水並非一般純水，而是不會導電的介電液，實際上操作起來非常複雜且昂貴，目前處於研究階段，這顯示出解決晶片散熱問題，將是半導體產業未來重要發展趨勢之一。
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❖晶片改朝換代推動-伺服器新設計
我們從上面描述可以知道新晶片設計只會更小，更複雜，更熱，而伺服器產業面臨的問題會更大，試想大型資料處理中心，裡面有多少伺服器？多少高階CPU、GPU都是24小時不斷電持續運作，龐大的熱能如何處理？當處理器的瓦數越來越高，一般來說，處理器的熱設計功耗超過240W就很難用風扇(氣冷)來解決，偏偏霸主Intel或是AMD新一代處理器動輒超過270甚至280W，現在馬上面臨到需要液冷散熱來帶走熱量。
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❖跟著產業霸主的方向走準沒錯
Intel在伺服器市場，主流解決方案以x86架構為主，全球 CPU市占率約 92%左右。未來Intel 仍將保持產業龍頭的地位，圍繞它的 CPU平台的升級仍是影響伺服器硬體產業鏈周期性變化的關鍵因素。
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2021 年第一季開始Intel最新的 Whitley Ice Lake 的處理器已向資料中心業者小量出貨，第二季開始放量，到第四季預估將占總出貨量的 40%，滲透率將大幅且快速提升，下一步，Intel英特爾預計 2022 年初量產支援 PCIe Gen5 的 Eagle Stream 平台，將會加速升級資料傳輸速度。
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❖英特爾正式將水冷散熱放進白皮書
有趣的事情來了，產業龍頭也意識到新平台-散熱問題非常棘手，2020年Whitley平台是intel「首度」將水冷頭(注意：非浸沒式)納入技術白皮書，更誇張的事情是未來的新平台 Eagle Stream第一顆CPU Sapphire Rapids至少 300W以上，甚至將來很多GPU會達到500瓦甚至700W以上，水冷散熱方案成為唯一解方，冷卻液監控主機(CDU)與水冷頭(覆蓋在處理器上方的水冷散熱片)全世界只有三家廠商通過Intel認證，台灣的廣運(6125)是唯一兩項全拿的合格供應商。
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❖節能減碳-省電又可以賺積分
歐盟在7月剛通過55套案，其中碳邊境調整機制，又稱碳關稅，預計自2023年起試行，2026年正式實施，先從鋼鐵、電力等產業先行，但是用電大戶的資料中心無法置身事外，跟大家分享一個數字會比較有概念，2017年中國數據中心總耗電量為1200-1300億KW，超過三峽大壩與葛洲壩電廠2017年全年發電量總和(分別為976億KW、190億KW)，占中國總發電量的2%，到了2025年資料中心耗電將高達 3842億KW，占全中國總發電量的 6%，這隻吃電怪獸肯定會被盯上，高排碳業者會被課較高關稅(碳關稅)，將進一步帶動資料中心業者積極導入液冷散熱達到「省電」與「節能減碳」的效果，甚至有望仿效電動車Tesla透過碳積分來挹注獲利，可望大幅提高液冷散熱滲透率。
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❖水冷散熱技術門檻高-不簡單
2021年3月26日雲端資料中心伺服器開發商---緯穎科技宣佈，參與資料中心液冷廠商LiquidStack的A輪融資，並取得一席董事席位，其實早在2019年緯穎就與3M合作開發液冷方案，但是3M的電子氟化液是非導電-介電液是一種專利配方，掌握在3M手中，未來耗材都需向3M購買補充，入股LiquidStack可望取得自主技術。
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大家知道這種-不導電的「介電液」有多貴嗎？1公斤要價100美元，一個180KW的機櫃光是介電液裝滿就要價1000萬，重點是這個介電液每年都會耗損，需要定時補充，這樣就知道賣水的概念有恐怖、有多賺了吧，得介電液者得天下。
就算目前短期重點放在一般的「冷卻水」，得到英特爾認證的兩款冷卻水，一個櫃的成本大約7~8萬元，廣運集團研發成功的介電液打七折賣，一公斤70美元就相當有競爭力，而冷卻水一個櫃更只需要8000元，重點是水要通過認證，水在管線裡面跑如何恆久不變質？裡面還必須添加抗凍劑、苔癬抑制劑等特殊配方，是不是很多眉角！這些都是LEO深入研究去挖出來的。
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❖廣運(6125)上中下游整套系統全部整合
目前有三大產品線，水冷背門(20~25萬)/櫃，水冷頭(100~150萬)/櫃-目前英特爾首度放入新平台技術白皮書，已通過Intel認證，浸沒式機櫃(1000萬)/櫃，此外還有最重要的冷卻液監控主機(CDU)它是水冷散熱技術的根源，還有各種耗材、管線、冷卻水、介電液都是未來的發展重點。
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傳統散熱模組雖然便宜，一個42U的機櫃，風扇加散熱模組成本頂多台幣8~10萬，但將來水冷變成剛性需求，水冷頭機櫃，水對氣120~150萬/櫃，水對水90~120萬/櫃，全球的資料中心大約有 500萬櫃，每年新增30萬櫃左右，大家可以算看看，這產值增速有多恐怖。
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目前全世界只有2家公司有能力量產伺服器等級水冷頭機櫃，雙鴻、超眾這些傳統大廠要跨入最難的CDU(水冷監控主機)至少需要5年以上的參數與經驗值，而廣運的陳總已經深耕30年的散熱產業經驗，水冷頭機櫃的五大關鍵零件--廣運擁有四項(CDU、水冷頭、分岐管、制冷背門)盲插或快接頭，這個產業很新，很多法人也還沒那麼了解，有很多眉角，很多技術秘密，篇幅有限今天LEO就先介紹的這邊。
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天佑台灣，疫情早日結束❤️

工研院攜手產學研鼓勵用電端參與供電邁向無碳電網新願景

【記者李嘉祥／台南報導】
2021年5月6日 週四 下午4:41

氣候暖化，推動淨零碳排已是各國施政重點，歐盟預計2023年開徵「碳關稅」，依排碳高低對進口商品課稅；美國與中國大陸今年4月也共同發布「氣候危機聯合聲明」，宣示未來將合作減少碳排放以對抗氣候變遷。因應國際趨勢發展，工研院今日深入臺南科學園區舉辦「能源效率管理暨綠色供應鏈研討會」，邀產學研專家從節能端、管理端、電源端、供應鏈端等四面向分享電力觀念與技術，期望產業能與供電端攜手合作，共同為降低碳排與穩定供電貢獻一己之力，幫助臺灣邁向無碳電網新願景。

研討會邀請思納捷科技總經理莊棨桀、台灣電力公司業務處費率組組長陳建嘉、工研院綠能與環境研究所經理黃奕儒、工研院綠能所經理楊斐喬與資深工程師黃文輝，分別以「以ESCO能源管理輔助達成智慧工廠關鍵應用」、「因應第二尖峰之需求面管理策略」、「綠電交易之現況與展望」以及「碳權管理及產品碳足跡熱點分析」為題，向產業分享最新電力觀念與技術發展。

工研院院長劉文雄表示，隨美、歐、加、日、韓等上百個國家表態支持氣候政策及允諾大幅降低二氧化碳排放量，淨零碳排已成為全球最關注的重要行動，工研院今年3月率先成立「淨零永續策略辦公室」，將提出台灣2050年淨零碳排路徑與產業技術發展策略藍圖，並宣布全院將在2050年達到二氧化碳淨零排放的目標。在電力發展上，想要降低碳排放又能穩定供電，需建立自己的電力承載順序，於電力系統面對用電量攀升及負載端多樣需求時，除評估電力供給面需求面及相關成本及風險外，也要納入考量降低碳排放的目標，找出最佳電力資源組合，帶動台灣電力永續發展。

劉文雄說，近年全球半導體需求激增，帶動國內科技產業蓬勃發展，對用電需求逐步增加，因此研討會特深入科學園區，希望透過專家分享，讓產業能夠積極參與節約能源、需量反應、分散式電源，實現電力承載順序的思維，讓供電穩定不再只是發電端的責任，藉由所有人攜手合作，產業不但能落實國際減碳目標，還能降低用電成本，創造能源、經濟與環境三贏局面。

思納捷科技總經理莊棨桀指出，所謂「能源技術服務業」是指提供廠商能源效率相關全方位改善服務的一種商業模式。ESCO可透過三部曲幫助產業節能，第一部曲從最基本能源與資源管理優化做起，包括電能監控、需量管理、空調管理、水質監測，將全廠水電油氣納入監管；第二部曲是透過機電設備聯網構成的設備與機台管理，以機聯網或感測器蒐集製程機台資料；最後透過已知的能源資訊與機台資料進行智慧分析與預警來優化產能與良率，逐步打造智慧綠色工廠。

台電業務處費率組長陳建嘉說，隨再生能源持續併入電網系統，供電間歇性將對電力調度帶來挑戰。台電除強化傳統發電能力，也針對電力需求管理推動因應策略。在需量反應方面，短期將配合系統需求抑低夜晚尖峰，中長期則發展多元時段與創新方案，並參與電力交易市場投標。時間電價方面，短期持續提高用戶時間電價的參與，中長期則在用戶最小影響下進行電價時間帶調整，希望透過發電端用電端共同努力，滿足電力系統需求並降低碳排放。

工研院綠能與環境研究所經理黃奕儒表示，隨台灣電業走向自由化，綠電交易經過近年醞釀發展逐漸開花結果。國內第一波綠電交易案在2020年5月完成，由13家業者共同完成，實際申請轉供容量超過90MW，預估年度綠電總交易量超過1.1億度以上。國內半導體大廠也與離岸風電廠商簽署綠電購電合約，轉供容量高達920MW。今年俗稱「用電大戶條款」的再生能源發展條例修正上路，可預期未來產業會有越來越多綠電需求，將可進一步帶動綠電交易的發展。

工研院綠能所經理楊斐喬也強調，各國為減少溫室氣體排放量，將對企業碳排放量予以價格化，但對其投資減少的溫室氣體排放量允許轉為「碳權」，可抵換其排放量或販售與其他有需求的企業。產業需密切關注政府與國際間的碳權管理遊戲規則，並掌握自己的碳排與有制度的執行碳權管理。

工研院綠能所資深工程師黃文輝強調，歐盟、美國等碳關稅的潛在壓力，促使產品碳足跡計算開始受到關注，產業要為產品減碳需要先盤查產品的碳足跡，困難處是蒐集上游原料供應商複雜的碳排數據很耗時間和精力，工研院特擘畫「2030技術發展策略與藍圖」，投入淨零碳排相關創新研發，發展出整體解決方案「永續碳管理平台」，除能進行碳足跡盤查、計算、分析，還能協助產品走向減碳設計，也能把碳盤查成果進一步結合企業環境管理系統，幫助企業達到淨零碳排目標，以利打入國際綠色供應鏈，進攻零碳利基市場。

附圖：工研院於南科舉辦「能源效率管理暨綠色供應鏈研討會」，工研院院長劉文雄也出席，分享產業界如何為供電穩定與減碳盡份心力。（記者李嘉祥攝）
▲工研院於南科舉辦「能源效率管理暨綠色供應鏈研討會」，工研院院長劉文雄也出席，分享產業界如何為供電穩定與減碳盡份心力。（記者李嘉祥攝）

資料來源：https://tw.news.yahoo.com/%E5%B7%A5%E7%A0%94%E9%99%A2%E6%94%9C%E6%89%8B%E7%94%A2%E5%AD%B8%E7%A0%94%E9%BC%93%E5%8B%B5%E7%94%A8%E9%9B%BB%E7%AB%AF%E5%8F%83%E8%88%87%E4%BE%9B%E9%9B%BB%E9%82%81%E5%90%91%E7%84%A1%E7%A2%B3%E9%9B%BB%E7%B6%B2%E6%96%B0%E9%A1%98%E6%99%AF-084159025.html