PDF 原檔：報告_中信_AI功耗與散熱架構_20260917_original.pdf
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| 檔案 | 類型 | 內容（親眼所見） |
|---|---|---|
報告_中信_AI功耗與散熱架構_20260917_001.png |
真資料圖 | 水平供電架構示意：Core Power 與 Main Chip 平鋪於 PCB 同一平面，電流路徑（紅線）需繞經 PCB 長距離再由 BGA 焊球上行 |
報告_中信_AI功耗與散熱架構_20260917_002.png |
真資料圖 | 雙折線圖。左：VR output power 由 100A 的約 100W 升至 1000A 的 800W，PCB losses 同步由近 0W 升至約 390W（非線性）。右：效率由 100A 的約 86% 降至 1000A 的約 50% |
報告_中信_AI功耗與散熱架構_20260917_003.png |
真資料圖 | 垂直供電架構示意：Power Module 移至主晶片正下方（PCB 背面），Signal 走 HBM 側、Power 由下方直上 |
報告_中信_AI功耗與散熱架構_20260917_004.png |
真資料圖 | 雙面水冷板爆炸圖（來源標示緯穎）：由上而下 Top Cold Plate／TIM: Liquid Metal／6kW AI Chip／Cavity PCB／Vertical Power Delivery (VPD)／Bottom Cold Plate |
報告_中信_AI功耗與散熱架構_20260917_005.png |
真資料圖 | 封裝散熱結構對照（上）：MCL Type（Cover plate＋MCL＋Heat Spreader＋TIM 1）與 Lid Type（Cold plate＋TIM 2＋Heat Spreader＋TIM 1）；（下）Removable Lid Type 三階段：封裝階段鎖上 Removable Lid ＋ Stiffener → ODM 組裝時移除上蓋 → 重塗 TIM 1.5 並裝上 Cold plate |
報告_中信_AI功耗與散熱架構_20260917_006.png |
真資料圖 | 另兩種結構對照：Stiffener (Ring) Type（Cold plate＋TIM 1.5＋兩側 Stiffener）與 2pcs Lid Type（Cold plate＋TIM 2＋Heat Spreader＋TIM 1＋Stiffener） |
報告_中信_AI功耗與散熱架構_20260917_007.png |
真資料圖（展品照） | 鑽石銅實物展品照（來源標示惠智先進）：含標籤「銅＋鑽石＋銅（0.3＋0.3＋0.3）」與「鑽石＋銅柱狀散熱」，另有鍍膜圓片與方形基板樣品 |
原始內容
800W
600W
400W
200W
OW
【中信投顧投資分析報告】
【中信投顧投資分析報告】
【中信投顧投資分析報告】
VR output power
PCB losses
250A
100%
80%
70%
60%
50%
40%
500A
750A|
1000A
100A
鄭子凡 Jasmin.cheng@ctbcsis.com
| 相關個股 | 代號 | 評等 | 目標價 |
|---|---|---|---|
| 奇鋐 | 3017 | 買進 | 4,145 |
| 雙鴻 | 3324 | 買進 | 1,630 |
| 健策 | 3653 | 未評等 | - |
Main Chip
Efficiency
2026/09/17
AI 功耗突破極限，散熱材料與架構等同步演進
AI 高功耗推動散熱技術多路徑升級，供電與材料同步革新
- ⚫ 傳統水平供電面臨物理瓶頸，垂直供電與雙面水冷板需求浮現
- ⚫ 多項散熱方案同步進行， Removable Lid 具短中期放量優勢
- ⚫ 高熱流密度驅動材料升級，鑽石銅成新方向
AI 晶片功耗攀升，傳統水平供電面臨物理瓶頸 : 水平供電是目前 絕大多數電子系統、主機板與伺服器加速卡 (OAM / PCIe) 所採用的標 準供電方式。在水平供電架構中，負責降壓與調壓的元件 ( 如電壓調 節模組 VRM 、 Power Stage/MOSFET 、電感與電容 ) 被平鋪放置在主晶 片 (CPU/GPU/ASIC) 周圍的同一個平面上。這種架構技術成熟、成本 低且設計相對簡單，因此長期廣泛應用於一般 PC 與伺服器。然而， 隨著晶片功耗快速提升，核心電壓卻維持在 0.6V~0.8V 左右，傳統水 平供電開始面臨瓶頸包含 (1) 供電路徑較長，在高電流下將放大 I² R 損耗與電壓降，增加供電端額外發熱。 (2)BGA 焊球的電流承載能力 有限，若增加 Power/Ground 焊球以支撐更高電流，將進一步推升封 裝面積、佈線複雜度及成本。 (3) 長供電路徑亦具有較高寄生電感，在 AI 晶片負載快速變動下容易產生電壓暫態與電壓跌落，大幅增加電 源設計難度。
因此，隨 AI 晶片持續朝更高功耗發展，如何縮短供電路徑、降低傳 輸阻抗與電源損耗，已成為提升供電效率的關鍵，也進一步推動供電 架構由傳統水平式向垂直式發展。透過將電源模組進一步靠近晶片 核心，垂直供電可有效縮短電力傳輸距離，降低高電流下的阻抗與 I² R 損耗，並減輕供電端的發熱與散熱負擔。
圖表一、水平供電架構
資料來源 :
茂綸、中信投顧整理
圖表二、高電流帶動 I² R 損耗急遽上升
資料來源 : 茂綸、中信投顧整理
【中信投顧投資分析報告】
【中信投顧投資分析報告】
【中信投顧投資分析報告】
Top Cold Plate
TIM: Liquid Metal
6kW AI Chip
Signal
Cavity PCB
Power Module
2026/09/17
Vertical Power Delivery (VPD)
垂直供電縮短電力路徑，惟散熱與封裝整合難度同步提升 : 垂直供電將電壓調 節模組 (VRM / Power Stage) 、微型電感等核心功率元件，直接由晶片周圍移至 主晶片 (ASIC / GPU) 的正下方，讓電力能以更短的路徑直接傳送至晶片。相較 於傳統水平供電需透過 PCB 長距離傳輸電流， VPD 可大幅縮短供電路徑，降 低電流傳輸過程中的阻抗與功率損耗。儘管 VPD 具備供電效率優勢，但由於 電源元件改配置於晶片下方，也同步提高散熱與封裝整合難度，成為大規模商 用的主要挑戰。首先，雙面散熱難度提高， VRM 移至載板背面後，傳統僅由 晶片正面進行液冷的方式已不足以滿足需求，系統需進一步導入背面冷板或 雙面液冷設計，增加機構整合與防漏水的複雜度。其次，先進封裝與製造要求 提升，雙面元件配置、高密度微盲孔 (Micro-via) 及載板翹曲 (Warpage) 控制均更 為嚴苛，對封裝、載板及 SMT 製程的精度與良率提出更高要求。
圖表三、 垂直供電架構
資料來源 : 茂綸、中信投顧整理
雙面水冷板高功耗 AI 推升雙面散熱需求 : 相較傳統單面水冷板，雙面水冷板 可同步處理晶片與背面電源元件的熱量，目前業界方案已可支援 4kW 以上熱 負載，並逐步朝 6kW 等級發展。惟雙面水冷板需在有限空間內整合正反兩側 流道，同時兼顧散熱效率、流量、壓降及結構強度，並需精確控制冷板平整度、 鎖附應力及熱膨脹，以避免載板翹曲及封裝可靠度問題，整體設計與製程難度 明顯高於傳統單面水冷板，因此 ASP 亦較高，根據供應鏈調查，目前約為傳 統方案 1.5~2 倍，具備較高的產品價值量。
目前 AWS 、 AMD 等終端客戶已持續推進高階液冷架構，市場亦開始出現 VPD 搭配雙面水冷板的設計。根據我們供應鏈調查，隨 AI ASIC 及 GPU 功耗持續 提升，已有越來越多終端客戶進行相關方案評估與驗證，預期雙面水冷板將由 少數高階平台逐步擴大應用，帶動具備高精密微流道加工、真空焊接及水冷模 組整合能力之散熱供應鏈受惠，如奇鋐 (3017) 、雙鴻 (3324) 等。
圖表四、 雙面水冷板架構
資料來源 : 緯穎、中信投顧整理
Main Chip
Power
Stiffener
MCL Type
【中信投顧投資分析報告】
【中信投顧投資分析報告】
【中信投顧投資分析報告】
TIM 1
Die
Substrate
Removable Lid Type
Removable Lid
Die
Substrate
Stiffener
Stiffener
Lid Type
Cold plate
TIM 2
Heat Spreader
Die
AI 高功耗推動散熱設計向封裝端延伸 : 隨著 AI 晶片 TDP 持續提升，散熱設計除了 持續朝高導熱材料及水冷板結構升級外，封裝尺寸放大所帶來的翹曲 (Warpage) 、共面度及熱應力問題亦逐漸成為影響散熱效率與量產良率的重要因 素。因此，市場的散熱設計已不再單純著重於水冷板本身的散熱能力，而是進 一步延伸至晶片封裝端的結構設計，並陸續發展出 MCL 、 Single Lid 、 Two-Piece 及 Removable Lid 等不同方案，以因應不同封裝尺寸、功耗及製程需求。
各方案的發展核心，主要在於兼顧封裝翹曲控制與散熱效率。隨著晶片功耗及 封裝尺寸持續提升，除了需要透過不同結構改善封裝翹曲與共面度外，亦需同 步降低晶片至冷卻介質之間的熱阻，避免結構及 TIM 層數增加而拉長熱傳路徑。
散熱架構多方案並行， Removable Lid 具短中期放量優勢 : 根據我們對市場的調 查，目前 Rubin Ultra 仍有多項散熱方案同步進行驗證，包含兩片式 (Stiffener ＋ Lid) 、可拆式上蓋 (Removable Lid) 等方案，最終設計尚未定案。相關方案仍需經 過客戶端驗證，預計最快 10 ～ 11 月才有望確認最終設計，目前相關案件仍持續 進行中。然而，我們認為 Removable Lid 目前較具下一代放量機會。其於封裝階 段先透過螺絲固定上蓋，以提供製程所需的機械支撐，待進入 ODM 組裝後再移 除螺絲與上蓋，重新塗佈 TIM 1.5 並安裝水冷板，使最終散熱結構能更貼近晶片 熱源。相較 Two-Piece 方案，可減少中間結構對熱傳路徑的影響，因此在高功耗 晶片下具備較佳的散熱效率；此外，由於增加高精度加工及拆裝等製程，我們 估計其整體機構件單價有望達傳統 Single Lid 的約 3~4 倍，若後續新一代平台放 量，將帶動散熱機構件價值量明顯提升。
至於過去市場較常討論的 MCL ，我們認為目前量產可行性相對有限，主要仍受 到微流道製程整合、密封、漏液及長期可靠度驗證等因素限制，因此現階段仍 以技術驗證及方案評估為主。若觀察更長期的散熱演進，台積電仍持續朝 Timless/Direct Microchannel 發展，透過將微流道進一步靠近甚至直接整合至晶片 端，以縮短熱傳路徑並降低 TIM 所造成的介面熱阻。因此，我們認為目前市場將 呈現多方案並行的發展模式，短中期 Removable Lid 有望率先受惠於高功耗 AI Chip 放量，長期則需持續觀察 TIM-less 在製程整合與可靠度上的突破，我們認為 健策 (3653) 在半導體封裝散熱領域中擁有強大的競爭有利地位，並有望受惠。
圖表五、 多種散熱方案同時推行
2026/09/17
Stiffener
【中信投顧投資分析報告】
【中信投顧投資分析報告】
【中信投顧投資分析報告】
Die
Substrate
07 + 1875 + 39
(0.3 + 0.3 + 0.3 )
Stiffener
IM7+89
2026/09/17
資料來源 : 中信投顧整理
高熱流密度驅動材料升級，鑽石銅成新方向 : 前述主要聚焦於散熱架構的結構性 升級，但隨著 AI 晶片 TDP 持續提高，單純依靠水冷架構升級已逐漸不足，材料 本身的導熱與熱擴散能力亦需同步提升。過去水冷板主要以銅材為主，銅具備 良好的導熱性，熱傳導率約為 380 ～ 400 W/m·K ；然而，隨著 AI 晶片功耗持續提 升，單位面積熱流密度同步增加，傳統銅材在熱擴散能力上的限制逐漸浮現， 因此目前散熱廠商亦積極開發鑽石銅等高導熱材料。鑽石銅的熱傳導率可提升 至約 600 W/m·K ，若進一步採用高導熱鑽石材料，理論上仍有更大的提升空間。 其主要優勢並非僅在於提升材料本身的導熱率，更重要的是能快速將晶片局部 產生的高熱通量向周圍擴散 (Spreading) ，降低局部熱點所造成的熱阻，因而更 適合高功耗、高熱流密度的 AI 晶片應用。
不過，鑽石材料本身雖具備優異的導熱能力，如何與銅材有效結合仍是目前技 術發展的關鍵。由於銅與鑽石的熱膨脹係數 (CTE) 存在差異，若直接將鑽石粉 與銅粉複合，在晶片反覆升降溫的熱循環過程中可能產生熱應力，進而影響材 料可靠度。因此，目前不同散熱廠商正發展不同的複合方式，包括鑽石粉與銅 粉混合，以及「銅 / 鑽石 / 銅」等多層結構，核心皆在於兼顧高導熱能力與材料 可靠度。
圖表六、 鑽石銅
資料來源 : 惠智先進、中信投顧整理
2pcs Lid Type
Cold plate
TIM 2
Heat Spreader
【中信投顧投資分析報告】
【中信投顧投資分析報告】
【中信投顧投資分析報告】
2026/09/17
| 投資評等說明 | 個股評等 | Rating | 定義 |
|---|---|---|---|
| 買進 | Buy (B) | 相較於市場指數之回報潛力極具吸引力 | |
| 增加持股 | Overweight (OW) | 相較於市場指數之回報潛力略有吸引力 | |
| 中立 | Neutral (N) | 相較於市場指數之回報潛力相似 | |
| 降低持股 | Underweight (UW) | 相較於市場指數之回報潛力稍低 | |
| 賣出 | Sell (S) | 相較於市場指數之回報潛力較低 | |
| 未評等 | Not Rated (NR) |