AI算力中心算力和散热挑战 [page::0]

• 高密度算力中心推动芯片层散热成为热管理瓶颈。

- 典型服务器机柜功耗达130kW-140kW，GPU芯片功耗最高达1400W，2027年预计突破2KW。

• 高功率芯片引发芯片翘曲及散热难题，需更高效的散热解决方案。

导热界面材料（TIM）分类与技术需求 [page::0]

• TIM1连接芯片和均热板，需导热系数≥15W/mK，主要基材为高分子材料，加入氮化硼、石墨烯等导热填料。

- TIM1.5位于裸芯片和散热器间，主要是导热硅脂和导热凝胶。

• TIM2位于均热板与散热器之间，采用高分子材料或液态金属。

- 未来高性能TIM材料需求急速增长，以应对芯片散热极限。

芯片内微流体冷却技术最新进展 [page::0]

• 微流体冷却通过硅片背面微小通道直接冷却芯片，微软最新技术散热效果提升3倍。

- 该技术有望成为未来芯片散热的突破口，助力AI芯片持续提升算力和功耗管理。

研究报告及风险提示 [page::1]

• 报告由国泰海通证券研究团队发布，包含分析师署名和注册编号。

- 关注风险包括技术研发进度不达预期、人才流失及估值风险。

国泰海通证券报告详尽分析报告

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1. 元数据与概览

• 报告标题：《AI发展，热管理的核心瓶颈向芯片聚焦》

- 报告作者：舒迪（分析师，登记编号 S0880521070002）、肖隽翀（分析师，登记编号 S0880525040064）

• 发布机构：国泰海通证券

- 发布日期：2025年10月06日

• 主题聚焦：电子行业，特别聚焦于人工智能（AI）算力芯片的热管理瓶颈及导热界面材料（TIM）的发展需求

报告核心论点：随着AI大模型及高性能芯片需求的爆发性增长，算力中心芯片的功耗持续攀升，芯片层面冷却技术成为制约热管理系统发展的核心瓶颈。导热界面材料TIM（TIM1、TIM1.5、TIM2）以及芯片内微流体冷却技术将成为未来热管理的关键技术和投资方向。报告看好相关材料和技术迭代带来的市场需求爆发，提醒关注技术开发与核心人才流失等风险因素。

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2. 逐节深度解读

2.1 引言与导读

报告开篇指出，伴随着高密度算力中心的发展，芯片内的冷却技术成为热管理系统的核心瓶颈。特别例如微软发布的芯片内微流体冷却技术，利用硅片背面微通道直冷芯片，散热效果是传统冷板的三倍，代表了散热技术演进的方向。报告由此提出，导热界面材料及芯片内冷却技术是未来市场需求增长的关键动力。

推理依据：算力持续上升带来功率密度急剧增加，传统冷却体系不能满足热负荷需求，因此芯片内冷却技术和材料发挥核心作用。

2.2 投资观点

• 人工智能和芯片设计需求的快速增长正推动冷却技术升级。

- 微流体冷却系统为芯片散热带来革命性改进，带来约三倍散热效率提升。

• AI智算中心热管理核心瓶颈周期向芯片层面转移。

- 导热界面材料TIM的需求将快速增长，TIM类别包括TIM1（芯片与均热板之间）、TIM1.5（裸芯片与散热器之间）、TIM2（均热板与散热器之间）。

• 芯片内微流体技术持续演进为行业带来新机遇。

这是从需求端（AI算力功耗急剧攀升）和技术端（微流体冷却和TIM的迭代升级）双重视角形成的判断。

2.3 AI发展驱动下的热管理挑战

• AI大模型驱动数据中心不断向高密度、高功率、智能化方向进化。

- 以NVIDIA GB200/GB300为例，单机柜设计功耗达130kW-140kW；算力芯片功率持续提升。

• 电子系统失效率中55%因热管理不当引发，强调温控的重要性。

- 数据中心热管理系统要求涵盖机房、机柜、主板、芯片甚至电源组件，全系统协同降温。

报告引用TrendForce数据体现行业功耗级别现状，并结合热管理系统的多层面设计说明热管理挑战的复杂性和技术难度。

2.4 功耗攀升与散热材料挑战

• 以NVIDIA 4nm制程H20芯片为例，TDP达到400W，B300达到1400W，预计2027年AI芯片功耗突破2KW。

- 高功率芯片尺寸增加致使芯片翘曲问题成新挑战（翘曲可达0.3mm）。

• 外部散热技术和相关材料需加速迭代，应对由功耗提升带来的热管理问题。

这部分剖析了算力芯片功耗快速增长导致的物理挑战，例如芯片翘曲，体现了散热方案不仅仅是导热效率问题，还涉及机械结构和材料稳定性。

2.5 导热界面材料（TIM）需求分析

• 散热涉及两大方向：外部系统散热技术（液冷替代风冷）与导热界面材料。

- TIM材料分类说明：
- TIM1：连接芯片与均热板，导热系数要求≥15W/mK，材料基材多为硅胶、环氧树脂，导热填料包含氮化硼、氮化铝、石墨烯，相变材料和铟片也被应用。
- TIM1.5：裸芯片与散热器之间的界面材料，如导热硅脂、导热凝胶。
- TIM2：均热板与散热器之间，材料包括高分子和液态金属等。

• 高性能TIM需求由芯片持续增功率导致热流密度上升驱动，提升导热系数与界面可靠性成技术难点。

总结来看，导热界面材料作为热管理的“中介”层，其性能直接影响整体散热效率。三类TIM的市场需求随芯片热负荷增长快速放大，技术升级空间大。

2.6 风险提示

报告明确指出以下风险：

• 技术研发进度缓慢，无法满足核心客户要求，影响市场推广和销售。

- 核心技术人才流失风险，可能削弱技术竞争力。

• 估值处于较高水平的风险，存在投资调整压力。

风险提示体现了对技术迭代速度、团队稳定性以及市场预期合理性的审慎关注。

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3. 图表深度解读

报告中所附截图为二维码，指向国泰海通证券研究所公众号，提供订阅渠道和更多研究资源。虽然无直接图表数据，本报告从文字描述中可见多处对芯片功耗数据和TIM性能指标的量化描述，如：

• 单机柜功耗130kW-140kW

- NVIDIA芯片TDP分别为400W和1400W

• 预计2027年芯片功耗突破2KW

- TIM1导热系数需求≥15 W/mK

• 芯片翘曲可达0.3mm

这些数字揭示了热管理在芯片功耗与机械完整性方面的严峻需求，为技术发展提供了明确的定量参考，支撑了报告整体论断。

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4. 估值分析

本报告节选部分未展示详细估值模型和目标价。报告主要聚焦于技术趋势和产业需求分析，提示了相关细分行业（TIM材料、微流体冷却技术）的成长空间。结合提及的技术升级与市场需求爆发，隐含对相关企业的积极投资判断。

如有估值部分，可能采用技术成熟度、市场增长率和产品毛利率进行财务推演，但当前节选无具体说明。

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5. 风险因素评估

报告明确识别了技术研发延迟、人才流失及估值偏高三大风险：

• 技术研发进度风险：若新型导热材料和微流体冷却技术研发不及预期，将影响满足客户高性能散热需求的能力，阻碍市场扩张。

- 人才风险：核心研发人才流失可能带来竞争力下降，技术创新阻碍。

• 估值风险：当前市场对相关细分领域估值较高，存在回调风险。

报告未详述具体缓解策略，但风险提示本身体现了审慎态度和关注长期可持续发展的考量。

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6. 批判性视角与细微差别

• 技术推进难度：虽然微流体冷却技术与高效导热材料展示巨大潜力，但实际实现大规模商业应用仍面临制造复杂度、成本控制和可靠性验证的重大挑战。报告乐观态度背后存在潜在施行风险。

- 市场规模具体量化不足：报告对TIM需求增长描述较为定性，缺少具体的市场容量预测和细分市场占比分析，投资决策参考有限。

• 估值风险提示略显笼统：报告提醒估值风险但未深入分析估值偏高的具体原因和应对措施，显得风险提示较表面。

- 芯片翘曲问题未细化应对方案：芯片翘曲引发的机械风险重要，但报告未详细阐述导热材料或冷却技术如何具体缓解。

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7. 结论性综合

本报告深入分析了人工智能算力芯片功耗快速攀升带来的热管理核心瓶颈，明确指出未来热管理系统重心逐渐向芯片层面转移。尤其是导热界面材料（TIM）和芯片内微流体冷却技术将成为市场增长的最关键细分领域。以NVIDIA最新高功率芯片为代表，芯片TDP从400W飙升至超过1kW，将在未来几年继续增长到2kW，为高效散热材料和技术提供强大驱动力。

报告详细描述了TIM1、TIM1.5、TIM2三类材料的功能定位和技术参数要求，凸显其在热转移链条中的不同环节作用和技术难点。液冷技术替代传统风冷，已是数据中心制冷主流，芯片内冷却技术如微流体冷却则具备高效、高密度散热优势。

报告对技术研发进度、核心人才稳定及高估值风险保持审慎警示，提示投资者关注潜在风险。

综上，报告为AI及高性能芯片热管理技术的产业及投资机会提供了结构清晰、数据充分的视角，结合功耗提升带来的技术门槛，建议关注导热界面材料（TIM）和芯片内冷却技术相关企业的长期成长空间，具有较强的战略参考价值。

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参考出处

以上分析内容均基于《AI发展，热管理的核心瓶颈向芯片聚焦》国泰海通证券研究报告节选文本，发布于2025年10月06日，舒迪、肖隽翀分析师著述 [page::0,1]。

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