中國粉體網(wǎng)訊 AI PC這一概念于2023年9月被首次提出，但早在2018年，英特爾就已經(jīng)開始了名為“雅典娜計劃”的AI PC布局，作為操作系統(tǒng)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，微軟早在2019年便在其Windows10系統(tǒng)中融入了AI元素，比如Cortana智能助手和機器學(xué)習(xí)驅(qū)動的性能優(yōu)化功能。今年3月份，微軟也推出了Surface Pro 10商用版和Surface Laptop 6商用版。
（一）散熱是AI PC的性能保障
在AI PC市場上走在前列的，要數(shù)國內(nèi)PC制造商“聯(lián)想”。2023年12月，聯(lián)想首次發(fā)布了AI Ready的AI PC產(chǎn)品，包括ThinkPad X1 Carbon AI和聯(lián)想小新Pro 16 AI酷睿版。今年4月份，聯(lián)想再次發(fā)布AI PC新品，內(nèi)嵌個性化AI智能體的“聯(lián)想小天”正式亮相。5月份，聯(lián)想發(fā)布YOGA Book9i AI元啟版、YOGA Pro 16s AI元啟版、YOGA Air 14 AI元啟版。
2024年被譽為AI PC元年，隨著各大廠推出AI PC或兼容AI的PC終端，散熱功能開始引起人們的思考。散熱是AI PC性能釋放的保障。散熱性能的高低直接決定了PC性能的穩(wěn)定性及可靠性。在電子設(shè)備主要的失效方式中，有55%的失效是溫度過高引起，電子元件的故障發(fā)生率隨工作溫度的提高呈指數(shù)增長，溫度每升高10℃，系統(tǒng)可靠性降低50%，因此PC的散熱能力成為影響整體性能的關(guān)鍵因素之一。
（二）主流散熱設(shè)計
芯片級散熱包含導(dǎo)熱、散熱兩大環(huán)節(jié)，目前以風(fēng)冷系統(tǒng)為主。芯片散熱風(fēng)冷系統(tǒng)主要由散熱模組、系統(tǒng)風(fēng)扇組成。其中，散熱模組負(fù)責(zé)導(dǎo)熱，將熱量從芯片發(fā)熱源頭轉(zhuǎn)移到散熱端，散熱端主要是風(fēng)扇通過空氣流動排出熱量。
從結(jié)構(gòu)上看，PC散熱由多個散熱部件組成，核心包括熱管、散熱鰭片、風(fēng)扇、散熱硅脂、均熱板VC等。散熱系統(tǒng)核心為由熱管、均熱板構(gòu)成的散熱模組。一般來說，服務(wù)器散熱系統(tǒng)的作用是將內(nèi)部熱量發(fā)散到機柜之外，而其中芯片是最主要的發(fā)熱源。芯片散熱模塊原理為將芯片熱量通過熱管、均熱片等導(dǎo)熱材料傳導(dǎo)，沿著導(dǎo)熱環(huán)節(jié)到達(dá)散熱鰭片位置。散熱鰭片是純銅制造，多褶結(jié)構(gòu)，與空氣接觸面積大，傳導(dǎo)至散熱環(huán)節(jié)通過啟動風(fēng)扇進(jìn)行主動散熱，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速會根據(jù)散熱量的多少自動調(diào)節(jié)，從而完成導(dǎo)熱、散熱的環(huán)節(jié)。
由于芯片算力提升，對散熱的要求也會提升，但同時還要滿足筆記本電腦在重量、厚度等方面的整體設(shè)計要求，目前各家AI PC廠商的散熱方案并不完全一致，但通過提升散熱能力降低發(fā)熱的整體思路是一致的，幾種主要應(yīng)用的元件及材料如下：
導(dǎo)熱界面材料：普遍應(yīng)用于所有散熱模組中，用于填補電子材料表面和散熱器接觸過程中間隙存在的微小空隙及表面凹凸不平的孔洞，加速熱能傳導(dǎo)，將晶片熱能傳導(dǎo)到散熱鰭片上，降低晶片溫度、提高晶片壽命及產(chǎn)品使用效能。導(dǎo)熱界面材料的類型包含導(dǎo)熱矽膠片、導(dǎo)熱膠帶、導(dǎo)熱膏、導(dǎo)熱膠泥等，不同材料的核心差異在于導(dǎo)熱系數(shù)、材料可靠度、耐電壓、軟硬度等等。
熱導(dǎo)管：利用物質(zhì)汽態(tài)、液態(tài)二相變化，和對流原理設(shè)計而成。熱管的主要特性是快速均溫，是現(xiàn)在電子產(chǎn)品散熱裝置中最普遍高效的導(dǎo)熱元件，運用范圍、普及率更高，普遍運用于各式熱交換器、冷卻器等器件中。熱管一般由純銅打造，呈現(xiàn)扁平狀且內(nèi)部中空，填充有冷凝液，承擔(dān)將傳導(dǎo)來的熱量轉(zhuǎn)移至另一端風(fēng)扇側(cè)的功能，AI PC或需增加散熱銅管數(shù)量。
均熱片(Vapor Chamber，均溫板)：VC是兩相熱傳基礎(chǔ)元件。均熱片采用平面格式的兩相冷卻的高熱傳輸能力，可將高溫點熱源快速傳到至大面積上散熱，功能及工作原理與熱導(dǎo)管相同，由封閉于板狀腔體中的流體蒸發(fā)、凝結(jié)，循環(huán)作動。 由于芯片功率增加、芯片尺寸縮小，整體功率密度上升，相較于熱導(dǎo)管，均溫板平面式的應(yīng)用使其導(dǎo)熱速度更加、導(dǎo)熱效果更均勻。原理上來看，熱管的熱傳導(dǎo)方式是一維的，是線的熱傳導(dǎo)方式，而均熱片的熱傳導(dǎo)方式是二維的，是面的熱傳導(dǎo)方式。此外，由于均熱片是扁平型的，可做成彎曲復(fù)雜的形狀，而熱管僅能做成直管或彎管，且均熱片可裝置的散熱鰭片相對較熱管的鰭片多，因此轉(zhuǎn)移熱量更大。
散熱風(fēng)扇：散熱風(fēng)扇已成為各式散熱產(chǎn)品的重要組成元件，在散熱模組中，散熱空間受限，風(fēng)扇可以實現(xiàn)強制空氣對流的功能從而進(jìn)行散熱。通過不同的扇葉設(shè)計，扇葉運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生空氣流動，制造強風(fēng)壓，降低操作設(shè)備的溫度，維持電子產(chǎn)品時脈頻率穩(wěn)定，避免熱損造成設(shè)備性能降低。風(fēng)扇通常數(shù)量固定，通過轉(zhuǎn)速提升來響應(yīng)散熱需求。
（三）發(fā)展方向：3D VC與液冷
隨著AI PC的發(fā)展，下一代的散熱模組設(shè)計，主要有兩大方向，一是使用3D均熱板（3D VC）升級現(xiàn)有散熱模塊，二是導(dǎo)入液冷散熱系統(tǒng)，改用液體當(dāng)作熱對流介質(zhì)，提升散熱效率。
從散熱技術(shù)來說，目前散熱模組是以含有熱導(dǎo)管技術(shù)的主被動混合式散熱技術(shù)為主，熱管散熱模組是將風(fēng)散、散熱片、熱導(dǎo)管等元件設(shè)計組合而成，能使內(nèi)部電子組件享有均溫散熱的運作環(huán)境，使電子設(shè)備運作更趨穩(wěn)定，但是現(xiàn)在AI PC走向多功能化與輕薄化，使得散熱模組廠轉(zhuǎn)而設(shè)計以均熱板、熱導(dǎo)管為主的散熱解決方案。
更多功能化與更智能化帶來的是發(fā)熱量的成倍增加，伴隨PC熱設(shè)計功耗的提高，氣冷散熱逐漸力不從心，推動散熱模組走向液冷方案升級。液冷系統(tǒng)有大比熱容和快速冷卻等優(yōu)點，能夠更加有效地控制溫度，從而保證PC的穩(wěn)定運行。
參考來源：民生證券、國金證券、聯(lián)想官網(wǎng)等
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/梧桐）
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