电子行业深度分析：终端主动散热时代将至微型风扇有望率先拉开规模化序幕-251226（37页）.pdf

1、终端主动散热时代将至，微型风扇有望率先拉开规模化序幕目SoC芯片热流密度持续上升，端侧AI推动散热升级1.SoC芯片热流密度持续上升，端侧AI推动散热升级1.1.芯片制程持续迭代，功耗问题凸显随着端侧设备性能逐步提升，发热问题日益凸显，以手机为例，机内热源包括SoC芯片、电源、屏幕及射频模块等，且由于功率的不均匀分布，电子器件与设备表面易产生局部高热流现象，其局部热流密度可达电子设备平均热流密度的十倍以上，导致器件或设备出现极高的局部运行温度，严重降低电子器件与设备的稳定性和可靠性。因此，如何消除局部高温热点、降低最高运行温度和提高温度均匀性是进行电子设备热管理的关键方向。(divcenter

2、)图1.手机散热典型路径(/divcenter)其中，芯片是设备中的最主要热源之一，随着芯片制程从5纳米迈向4纳米、3纳米，并展望2纳米时代，芯片的晶体管密度持续提升。据ASML公开数据显示，从5纳米开始，芯片的晶体管密度已经逐步超过了100MTr/mm，且预计持续向1000MTr/mm靠近。一般意义上，随着制程不断迭代，晶体管尺寸呈现不断缩小的趋势，根据DennardScaling，晶体管尺寸减小会带来能耗降低，但该定律随着量子隧穿效应的介入带来的晶体管漏电现象而逐步失效，功耗逐渐成了芯片的重要问题，芯片的TDP水平逐步提高。以APPLE、高通、联发科近几年发布的SoC芯片为例，2021年发

3、布的A15/晓龙8Gen1/天玑9100的CPUTDP分别为6W/5.3W/4W，而A18Pro/晓龙8EIite(Gen4)天玑9300已经达到了10W/8W/7W。1.2.端侧AI有望加速落地，加剧散热升级紧迫性端侧AI预计将在2026年迎来快速增长，AloT有望成为这一进程的引领者。目前，破局信号已初步显现：一方面，下游厂商变现需求迫切，正积极推动AI端侧硬件及相关应用的落地；另一方面，AI赋能下的电子产品市场空间广阔，可移植品类丰富，以Meta智能眼镜为代表的爆款产品已初步验证其增长潜力。据Counterpoint数据，2023全年出货的11.7亿部手机中，只有不足1%的手机满足了Co

4、unterpoint对生成式AI手机的定义，预计2027年生成式AI手机渗透率将达到约43%。Counterpoint预测生成式AI手机存量规模将会从2023年的百万级别增长至2027年的12.3亿部。SoC的TOPS性能与生成式AI手机的AI能力紧密相关。旗舰智能手机以TOPS为单位的AI算力已经增长了20倍，智能手机AI能力正变得越来越强大，据Counterpoint，旗舰智能手机的芯片峰值AI算力水平还将继续增长，在2025年将会达到60TOPS以上。TOPS算力的提升意味着芯片执行AI任务时产生的热量增加，因此对手机散热系统的散热效率要求也必然随之提高。1.3.散热方式分类：被动与主动

5、因此，在芯片性能持续提升、端侧AI落地有望加速的背景下，端侧设备的散热问题愈发引起关注。根据不同的热传递方式，电子设备的散热方式又分为被动式散热和主动式散热。其中，被动式散热不依赖动力元件，仅通过热界面材料从产热器件中将热量取到散热材料中，将热量传递至外部环境，最终降低电子产品温度；而主动散热有与发热体无关的动力元件参与，包括风冷和液冷。在端侧设备中，各产品采用的散热方式不同，智能手机、平板电脑等小型封闭式设备中一般采用被动式散热，而笔记本电脑、台式电脑等高功率密度且体积相对较大的电子设备已普遍使用散热效率更高的主动式散热。2.被动材料及器件持续迭代，均热板渗透率不断提高被动散热通过高导热性或

6、流体相变换热特性将热源产生的热量扩散到更大的散热表面，以降低器件与设备最高运行温度、提高电子设备或系统的温度均匀性，可以总结为如何实现高效热扩展。其中，较为常见的被动散热方式包括金属散热片、石墨和石墨烯、热管以及均热板。2.1.金属片/石墨/热管：各有局限，主要作为散热方案配角金属片、石墨及石墨烯是典型的通过高导热性实现热扩展的被动材料。金属散热片通过金属基材将热量从接触面向整个金属片传导，常见材料包括铜、铝等，如铜的导热系数约为400W/(mathfrakmcdotmathsfK)，铝的导热系数约为200W/（mK)。石墨在平面导热系数可达到300-1900W/(mathsfmcdotmat