為何需要做雙相浸潤式冷卻

在AI時代，巨量運算對伺服器之需求急劇增加，資料中心每個機架的功率密度將大幅提升，必須克服的挑戰之一為系統的冷卻。首要任務是解決高熱通量晶片的散熱問題，並改善資料中心的能源使用效率，並兼顧環境永續發展議題。因先進之雙項浸潤式冷卻之全系統設計驗證成本極高，實有必要藉由工程模擬協助降低開發風險。根據Intel Open IP提供的先進冷卻技術路徑，亦指出未來之冷卻方式為雙向浸潤式冷卻之解決方案。

圖片來源：Intel Open IP

根據台積電官網(https://esg.tsmc.com/zh-Hant/articles/71)所述：隨著先進製程技術演進，晶片內電晶體密度倍數提升，晶片溫度亦隨著處理器功率同步增加。為了避免傳統耗能的風扇散熱做法，由企業資訊技術、資材供應鏈管理處、廠務及設計暨技術平台同仁聯手提出浸潤式冷卻的創新技術，除獲TSMC ESG AWARD酷炫點子獎肯定，台積公司亦提撥經費展開專案執行。

技術開發期間，台積公司攜手供應商，設計可裝載低沸點惰性絕緣冷卻液的氣密槽，直接將需散熱的伺服器浸泡於槽中，根據相變散熱原理—當運算晶片發熱時，晶片表面的冷卻液吸收熱量、沸騰而相變為氣態；蒸氣上升接觸冷卻盤管、放熱冷凝相變回液態，再由盤管中流動的水將熱量帶出機房，達成自然循環散熱。

因冷卻液和發熱源充分接觸，散熱效率高，只需常溫水即可完成冷卻，槽內各系統與晶片溫度均勻維持於攝氏50度左右，不僅創造良好節能效果，晶片運算效能更增加10%以上。

圖片來源：台積電官網

雙相浸潤式冷卻內部流態模擬

首先，測試水平直管冷凝模擬。模型包含等溫之水平冷卻管，腔體內之工作流體為3M FC-72氟化液。模擬結果顯示，與經驗式趨勢相近。

其次，測試水平加熱板池沸騰模擬。測試模型包含等溫之水平熱源板，腔體內之工作流體為3M FC-72氟化液。模擬結果顯示，與實驗值趨勢相近。