GPU散热革命：NVIDIA微通道液冷板（MLCP）技术深度解析

图：采用液冷的Blackwell 系统

由于英伟达AI新平台Rubin与下一代Feynman平台功耗或高达2000W以上，现有散热方案无法应对。英伟达也不满足现有的液冷方案，要求供应商开发全新“微通道水冷板（MLCP）”技术。

MLCP以微米级通道把冷却液带到裸die附近，整合水冷板与封装盖、取消 TIM，散热效率远胜传统水冷。在AI服务器功耗上看2,000–3,000W的新常态下，MLCP被视为「冷革命3.0」关键解方。

一、技术概述：当AI 芯片遇上散热极限

1、什么是MLCP？

定义：MLCP 在封装/芯片结构中直接刻蚀微米级水道，将冷却液带到裸die附近，缩短热路径并移除传统需涂布的导热界面材料TIM，大幅提高散热效率。

为何现在：新一代AI/HPC平台单卡TDP传出高达2,000–3,000W，传统水冷难以因应，MLCP成为高功耗产品的候选标准。

2、技术背景：从实验室到 AI 芯片

理论奠基：1981 年，斯坦福大学学者首次提出微通道散热概念，展示了 800W/cm² 的惊人散热能力

现实需求：NVIDIA Rubin 等下一代 AI 芯片功耗突破 2000W，相当于把空调的发热量压缩到芯片大小

3、与风冷、传统液冷的区别

核心异差：

传统冷板水道宽约1–3mm，多贴合于封装盖外侧，经 TIM 导热后再带走热量。

MLCP 则在封装盖/中介结构甚至芯片附近刻蚀微米级通道，让冷却液更靠近热源，热阻链缩短、接触面积增加，同时可取消或大幅减少TIM。

二、技术原理：微通道的魔法如何实现

1、核心工作机制
MLCP 的散热效能源于三大物理效应的完美结合：

极大比表面积：微通道提供巨大的热交换面积，轻松应对 2000W 热功耗和 1kW/cm² 热流密度；
强迫对流效应：水泵驱动冷却液高速流动（流速达数米 / 秒），持续带走热量；
薄热边界层：微尺度流动显著降低热阻，强化换热过程。

2、关键效果
晶片结温大幅下降，ΔT与热阻R_th降低。

在相同流量下可获得更高散热通量; 或在相同散热下允许更低流量与泵浦功耗。

对极端热点（如VRAM/HBM 边缘、chiplet 热斑）具有更高处理弹性。

3、材料与制造的科技突破

1）选择高导热材料

MLCP 通常采用铝合金 6061、纯铜等高导热率材料作为基板。铜的热导率可达 400W/m・K，是理想的选择，但其高反射率对传统激光加工提出挑战。

新兴的高导热金属基板（热导率400W/m・K）和纳米碳涂层材料（热流密度达 800W/cm²）也在被评估。

2）精密制造工艺

蚀刻技术：能够制造出高精度的微通道，但成本高昂，加工速度较慢。

金属3D 打印：可实现复杂结构的一体化制造，避免传统钎焊或组装带来的泄漏点。

微挤压技术：微通道挤压模具技术（流道≤100μm），能够高效生产微通道结构。

冲压技术：成本较低，但对于微通道尺寸和形状的限制较大。

三、导入门槛及工程挑战

1、微通道制程与可靠度。 微细通道加工、表面处理与接合强度，需兼顾抗腐蚀与长期渗漏风险。

2、封装整合。 与 IHS/lid/interposer 的机构整合、公差与翘曲控制，以及与压框/载板兼容。与传统冷板不同，MLCP需要跨越芯片设计、芯片封装、冷板制造等多个流程，需要多家企业一同推动。

3、流体与系统设计。 微通道压降大，需在泵功与散热效益间最佳化; 气泡管理与污染控制影响寿命。

4、良率与验证周期。 初期可能面临热流不均、疲劳寿命与热循环可靠度问题，系统级验证时间长。

四、市场应用及市场规模

1、应用场景

AI 服务器/HPC： 新平台功耗跃升，集群密度与能源效率目标推动液冷标准化; MLCP 直接降低芯片结温，减少降频与停机风险。

数据中心基建： MLCP 有助于降低机柜层级 PUE，在相同算力下降低供冷负荷; 但需搭配二次回路、汇流排、机柜级 manifold 与 CDU。

CPU/GPU/加速卡： 对chiplet 与 HBM 堆叠等热斑分布复杂的封装更具效益。

2、产业进度

需求端：英伟达 Rubin 平台预计 2026 年下半年导入 MLCP，Feynman 平台将全面适配，后续高功耗 GPU 均将以 MLCP 为核心散热方案。

供给端：台湾 “散热三雄”（AVC、Auras、Cooler Master）已率先向英伟达送样，其中 Cooler Master 作为 GB300 冷板的最大供应商（市场份额超 55%），有望率先突破量产；全球头部厂商如 Boyd（英伟达长期合作伙伴）、Mikros（热流密度 1kW/cm²）、JetCool（支持 3000W TDP）也在加速技术迭代。

3、市场规模预测：

代表产品：NVIDIA Rubin/Feynman、AMD MI300、华为昇腾

价值量：单机柜超40万元（传统冷板仅8 万元）

时间表：预计2026 年 NVIDIA Rubin 大规模导入 MLCP

2027 年全球 MLCP 市场规模：突破千亿元

4、成本与 TCO 思考

单价高： 市场估MLCP为传统水冷板3–5倍，甚至5–7倍。

系统层折衷： 若MLCP使结温大降、允许更高功耗或更高频率，或降低整柜供冷成本，整体TCO仍可能下降。

扩产与良率学习曲线，将决定未来单位成本下滑速度。

五、未来趋势：散热技术的星辰大海

1、技术演进方向

1）精度革命：从微米级向纳米级进军

台积电探索：芯片表面直接激光雕刻微通道

2）功能融合：散热+传感+供电一体化

嵌入式光纤传感器实时监测

微控制阀实现动态流量调节

2、技术融合的无限可能

1）分级散热系统：

2）混合技术方案：

微通道+相变液冷：效率提升 3-5 倍

MLCP+热电冷却：未来可能实现低于环境温度的冷却

3、产业化成熟路径

标准化进程：接口、尺寸、连接器标准化

成本下降预期：3-5 年内制造成本预计下降 30%-50% 来源