液冷技术新方向及GTC大会液冷总结

行业研究·行业专题 通信 投资评级：优于大市 证券分析师：张宇凡021-61761027zhangyufan1@guosen.com.cnS0980525080005 证券分析师：熊莉021-61761067xiongli1@guosen.com.cnS0980519030002 投资摘要 nAI时代下液冷已成大势所趋，新技术新材料的变革成为更受关注的前沿方向。目前冷板式液冷仍为未来3-5年内的主流方案，在此基础上微通道、3D打印液冷冷板、金刚石散热、液态金属优化TIM等方向有望在传统液冷方案上实现进一步优化。 n技术发展方向上，微通道技术（MLCP）将传统覆盖在芯片上的金属盖和上方的液冷板整合成一个单元，内部通过蚀刻工艺，形成微通道，使得冷却液直接流经芯片表面。该方案彻底取消了独立的散热盖和TIM2层，目前仍处于测试与验证阶段；3D打印液冷冷板能制造出传统工艺无法实现的复杂内部结构，同时具备一体化成型无泄露、开发周期短等优势，3D打印液冷冷板已从实验室走向商业化应用。 n材料发展方向上，金刚石凭借超高的热导率成为散热材料的重点发展方向，Akash Systems公司宣布已交付全球首批搭载DiamondCooling®技术的英伟达H200 GPU服务器，“金刚石导热技术”首次正式部署于商用AI服务器体系；液态金属以镓基合金为核心，凭借15–73W/m・K的超高导热系数，主要应用于热界面材料（TIM）与冷板直触散热，可将热阻降至0.05℃・cm²/W以下，实现芯片降温5–10℃，显著提升算力稳定性与能效，当前液态金属产业化面临成本与规模化的制约因素。 nGTC2026大会对于AI芯片指引乐观，释放液冷积极信号。黄仁勋指出，随着推理需求的爆发，正在推动英伟达的市场规模和客户结构同步扩张，预计到2027年底，英伟达新一代AI芯片的累计营收将正式跨入1万亿美元时代。英伟达又进一步将Groq的LPU推理架构整合进平台，并首次将AI工厂、电力调度与智能体运行环境纳入统一架构。GTC大会正式提出AI工厂理念，将数据中心从“采购GPU”升级为“整柜交付的AI生产单元”：其中推出NVL72液冷机架，单机柜功耗超200kW，算力密度提升4倍；发布BlueField-4 STX存储架构，面向长上下文推理优化，能效比传统架构高4倍；全面普及800V高压直流供电、CPO光互联与高密度PCB，推动数据中心PUE降至1.1以下。 n风险提示：AI发展及投资不及预期、行业竞争加剧、全球地缘政治风险、新技术发展引起产业链变迁等。 目录 液冷技术新方向01 GTC大会释放液冷积极信号02 液冷产业链解析03 目前冷板式液冷仍是未来主流方案 n冷却液不直接接触电子器件。冷板式液冷技术通过冷板将发热元器件的热量间接传递给封闭在循环管路中的冷却液体，通冷却液体将热量带走。这种技术下，工作液体与电子器件不直接接触，而是通过液冷板等高效导热部件将被冷却对象的热量传递到冷却液中。 n特点：冷板式液冷兼容性强、易于维护，但存在节能收益不显著、标准化难度大的问题。冷板式液冷能够有效兼容现有硬件架构、易于开展维护设计，且由于液体和设备不直接接触，可靠性更高。但由于未实现100%液体冷却，因此存在机柜功耗低、液冷占比低时，节能收益不显著问题；且液冷板设计需要考虑现有设备的器件布局，结构设计和实现的难度较大，标准化推进难度大。 资料来源：浪潮信息《全液冷冷板系统参考设计及验证白皮书》，国信证券经济研究所整理 技术发展方向——微通道：高集成度，冷却液更贴近芯片 MLCP技术（Micro-Channel Liquid Cooling Plate），即微通道水冷板，通过将传统上覆盖在芯片上的金属盖和上方的液冷板整合成一个单元，内部通过蚀刻工艺，形成微通道，使得冷却液直接流经芯片表面。 MLCP的核心特征有2个： n内部结构的微型化：通过在封装表面进行蚀刻工艺，将传统散热器中毫米级的流道，缩小至微米级别（例如30-150微米）。这样提高了热交换效率。 n高度集成化：将传统上分离的多个组件整合为单一单元（包括均热板、水冷板、芯片封装盖板IHS，整合在一起），这种设计最大程度地减少了导热界面材料（TIMs）的使用，使得冷却液可以更直接、高效地带走芯片产生的热量。 MLCP的单价可达传统水冷板的3~5倍，且能贡献较高的毛利率。以GB300架构为例，一个机柜需要108+18个MLCP，假设报价约800-900美元/块。 微软开发微流体冷却技术：9月23日，微软首席执行官萨提亚·纳德拉宣布，其团队已成功开发出微流体冷却技术——通过细如发丝的微小通道，直接将冷却液输送到芯片内部。微流体冷却技术的散热效率比现有散热板高出三倍，能将芯片最高温升（电子设备中各个部件高出环境的温度）降低65%。 资料来源：Jetcool，国信证券经济研究所整理 MLCP（微通道技术）减少TIM降低热阻 n传统冷板式液冷方案的传热过程涉及多层界面。目前冷板式液冷的方案，典型的传热路径包括：硅衬底本身、金属互连层、TIM1（通常为铟或石墨材料）、封装盖板（Lid）、TIM2（如石墨片或超薄导热膏），以及最终的散热器或冷板。整个传热的过程中涉及多层界面——硅衬底、金属互连、微凸块、底部填充、TIM等，由于这些分层的热界面，热量无法100%有效地传递到盖子上，从而导致局部“热点”。这种累积热阻是限制芯片最大功率输出的主要因素之一。 nMLCP方案则彻底取消了独立的散热盖和TIM2层。热量从芯片出发，经过TIM1后，直接到达集成了微通道的盖板（MCL），并被内部流动的冷却液带走。整个路径从“四站式”缩减为“三站式”，从根本上消除了TIM2及其带来的接触热阻。这种设计或能使热传递路径缩短50%以上。 nMLCP目前仍处于测试与验证阶段（EVT/DVT），中国台湾地区的四大冷却企业建准、奇鋐、超众与酷冷至尊已开始向英伟达提供样品，但生产仍局限于原型件与小批量试产。 资料来源：SEMI Vision，国信证券经济研究所整理 技术发展方向——3D打印冷板：突破传统方案的结构限制 n3D打印液冷冷板能制造出传统工艺无法实现的复杂内部结构，进一步提升效率。3D打印可在冷板内精确设计复杂的几何形状，如三周期最小表面(TPMS)晶格微通道和湍流诱导特征。这样就能创建复杂的定制结构，优化冷板内部结构与冷却液的换热。另外，3D打印技术利用复杂的模拟仿真，通过实现传统加工手段无法制造的精细结构，实现冷板内部结构对流量、压降、热阻、效率的多重优化。n3D打印液冷冷板具备一体化成型无泄露、开发周期短等优势。传统冷板由基板和顶盖等部件焊接而成，而3D打印可以一次性将整个冷板（包括内部流道和进出水口）打印成一个完整的金属部件。同时，3D打印液冷冷板无需模具，从设计图到拿到第一个实物样品，最快仅需1-2小时。设计迭代速度比传统方式快3倍，开发周期从数月缩短至2个月以内。n3D打印液冷冷板已从实验室走向商业化应用。世界上首个安装在服务器CPU（AMD EPYC 7352 2.30 GHz）上的无泄漏一体式冷板，增材制造使用了EOS Copper CuCP材料的AMCM M 2901kW系统。该项目联合新加坡本土液冷公司CoolestDC合作。2025年英伟达GTC大会上全球服务器OEM大厂纬颖展出了与Fabric8Lab s合作开发3.5kW 3D打印技术液冷板。 资料来源：3D科学谷，国信证券经济研究所整理 资料来源：3D科学谷，国信证券经济研究所整理 材料发展方向——金刚石散热：热导率最高的块体材料 金刚石是同时具备超高热导率、低热膨胀、高绝缘、高稳定的理想热沉材料，在高功率密度散热场景中具有不可替代的优势： n金刚石的室温热导率可达2000 W/(m・K)以上，远高于铜（约400）、氮化铝（约200），是目前自然界热导率最高的块体材料，能快速将热点热量扩散，大幅降低器件工作温度。 n金刚石热膨胀系数很小，与GaN、SiC、Si等半导体材料热膨胀匹配度高，可显著减小高温循环下的热应力，提升器件可靠性与寿命。 n高纯金刚石是优良的电绝缘体，可直接作为绝缘热沉使用，无需额外绝缘层，简化结构、降低界面热阻。 金刚石制备的主流技术路线分为CVD和HPHT 目前主流技术路线分为2类，其中CVD路线为行业主流，适配AI芯片热沉片等核心需求： n化学气相沉积（CVD）路线：当前最成熟、应用最广泛的技术路线，又分为微波等离子体CVD（MPCVD）和热丝CVD，其中MPCVD因结晶质量高、均匀性好，成为AI散热用金刚石的首选。该路线可制备6-8英寸多晶金刚石晶圆（厚度5-30微米），热导率可达2000W/(m·K)以上，表面粗糙度Ra<4nm，可直接与芯片封装“即插即用”，无需额外表面处理，适配AI芯片近结散热、三维封装垂直散热等场景，也是国内企业突破的核心路线。目前行业正攻关12英寸晶圆制备技术，进一步提升量产效率与性能。 n高温高压（HPHT）路线：传统工业金刚石制备路线，可制备单晶金刚石，但受限于技术，难以量产大尺寸、超薄晶圆，且结晶缺陷较多，热导率略低于CVD路线，主要用于对尺寸、纯度要求较低的AI辅助散热场景，目前应用占比逐步下降，仅少数厂家用于特定定制化产品。 资料来源：美国宝石研究院，国信证券经济研究所整理 金刚石分为单晶和多晶，MPCVD为主流制备方法 金刚石分为单晶和多晶，尽管单晶热导率更高，但考虑到技术、成本等问题目前散热方向的应用主要以多晶为主： n单晶金刚石拥有高度规整、近乎完美的晶体结构。从原子尺度来看，它的碳原子排列极其规整，按照固定的晶体结构无限重复延伸，整个晶体内部几乎不存在晶界，是一个完整、单一的晶体。单晶金刚石室温下热导率高达2000 W/(m·K)以上，能在高温高压环境下保持稳定的物理和化学性质，可应用于大功率半导体散热、激光设备温控等领域。 n多晶金刚石由许多大小不一、取向各异的小晶体（晶粒）聚集而成，这些小晶粒之间存在着晶界，由于晶界的存在，多晶金刚石的结构相对复杂，没有单晶金刚石那样规则和统一。多晶金刚石在特定温度区间内，晶界对声子散射路径的干扰可转化为优势，实现对热导率的调控，可作为半导体功率器件散热的热沉应用，其沉淀技术水平相对容易实现，制备成本也更具优势。 微波等离子体MPCVD法是当前世界上研究和制备金刚石薄膜的主流方法。当前美国和欧洲主要生产金刚石膜的公司（如Norton公司、Crystallume公司、LambdaTechnologies公司、Element6公司等）都是用微波等离子体MPCVD方法来制备金刚石薄膜产品的。微波等离子体CVD法可以制备面积大、均匀性好、纯度高、结晶形态好的高质量金刚石薄膜，特别适合在各种曲面（异形表面）上涂复金刚石薄膜，能制备各种不同需要的金刚石薄膜制品。 资料来源：河南合嬴激光科技有限公司官网，国信证券经济研究所整理 资料来源：有德科创官网，国信证券经济研究所整理 全球首批搭载金刚石冷却技术的H200 GPU服务器已投入运行 n印度首个金刚石散热服务器（Akash×NVIDIA H200），金刚石用在GPU芯片封装内部的热传导关键路径，是芯片级、源头级散热增强。2026年2月23日，总部位于旧金山的Akash Systems公司宣布，已向印度最大的主权云服务商NxtGen AI Pvt Ltd交付了全球首批搭载Diamond Cooling®技术的英伟达H200 GPU服务器，“金刚石导热技术”首次正式部署于商用AI服务器体系。此次技术采用CVD人造单晶金刚石，热导率约2000 W/m·K（铜的5倍）。 n金刚石做成微米级超薄膜，直接集成在封装内部，是传热路径的优化。根据官方披露数据，在高环境温度数据中心（最高可达50°C）条件下，该方案可实现约15%的FLOPs/W提升，并维持GPU满负载运行。在AI基础设施领域，1–2%的性能提升都具有资本意义。如果一个数据中心部署