江晨光、李澔謙、曹翔雁 / 工研院材化所
隨著人工智慧運算加速器晶片的熱設計功耗急遽上升，散熱技術已由傳統氣冷演進至直接液冷及浸沒式冷卻。然而，作為熱傳媒介的冷卻液，其化學穩定性與長期可靠度直接決定了系統的解熱能力與運作壽命。冷卻液在伺服器運轉過程中，因接觸高溫及多種複合材料，極易發生氧化、熱裂解、腐蝕或生物汙染，嚴重時恐導致系統短路、管路堵塞及停機事故。因此，嚴謹的品質監控與相容性驗證至關重要。本文聚焦冷卻液的技術架構與檢測方案，並介紹工研院所建立的綜合平台，提供從基礎物性分析、材料相容性評估、基於標記物的加速老化測試，到系統級實機驗證完整的解決方案。此平台協助廠商在冷卻液開發、零組件選材及系統導入階段，精準辨識潛在風險，確保高功率 AI 伺服器在長期維運中的穩定性與安全性，為產業提供具公信力的技術支援。
【內文精選】
隨著人工智慧模型的參數規模與運算需求快速成長，運算加速器晶片的熱設計功耗持續地急遽上升，而目前主流的散熱技術也必須隨之調整架構，以突破熱阻過大的物理瓶頸。
為何需要進行冷卻液特性檢測與品質監控
冷卻液作為傳熱媒介，長時間在伺服器中接觸高溫與各類複合材料，冷卻液若發生品質劣化或與系統材料不相容，可能降低散熱效率，或造成管路洩漏、腐蝕穿孔及伺服器短路等問題，嚴重時甚至導致系統停機。此外，冷卻液在伺服器機櫃中循環的成分濃度亦會隨使用時間動態變化。因此，不論是直接液冷或浸沒式冷卻，都需要按照OCP文件規範進行長期品質監控與劣化判定。
為因應高階伺服器的維護與檢測需求，工研院建構了完整的冷卻液與系統材料分析平台，提供從「前置相容性驗證」到「運轉中品質監測」的檢測解決方案，協助廠商精準掌握冷卻液物理與化學特性，確保液冷系統運作之長期穩定性與安全性。以下針對材料特性與系統檢測平台進行分析。
圖六 化學穩定期間概念與加速老化方法
（2） 如何評估冷卻液可靠度
工研院開發出一款基於標記物的加速老化方法，用於評估單相介電液的穩定期。該方法需要監測早期降解化學反應的化學標記物，並利用阿倫尼烏斯（Arrhenius）加速因子對結果進行轉換，從而估算出典型使用條件下化學穩定期間的長度，如圖六。目前已於三種類型的介電液取得實證（烴類、合成酯類和矽油）。需要特別說明的是，此方法所評估的「化學穩定期間」不應被解釋為流體的絕對使用壽命。如先前所提，油類冷卻液老化過程仍會受到操作溫度、材料接觸、氧氣與水分暴露程度等使用環境影響。實際浸沒冷卻系統在氧氣供應、流體體積、材料表面積比、催化劑暴露、工作溫度分佈和局部熱點溫度等方面均有差異。因此，在獲得足夠的資料及進行統計驗證和信賴區間估計之前，應將化學穩定期間與現場監測相結。
圖七 散熱測試與效能測試平台
（3） 散熱測試與效能測試
縱使冷卻液在實驗室的儀器中展現出優異的導熱係數與低黏度，這依然屬於基礎物理特性的紀錄結果，而若要反映在真實的浸沒式伺服器內散熱表現，流體必須透過動態的系統級測試，才能真實反映冷卻液的綜合散熱解熱能力。工研院透過以下兩個關鍵階段來完成最終的可靠度評估，如圖七---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》478期，更多資料請見下方附檔。