浸沒式冷卻是什麼？運作原理、單相與兩相比較、台灣供應鏈及機房導入成本

隨著伺服器、CPU、GPU與人工智慧運算設備的功耗不斷提高，傳統依靠風扇、空氣對流與冷氣設備帶走熱量的方式，逐漸面臨散熱效率與能源消耗上的限制。尤其在高效能運算（HPC）、人工智慧伺服器以及高密度資料中心中，單一機櫃所產生的熱量越來越高，如何有效把電子元件產生的熱能快速帶走，已經成為資料中心設計的重要問題。

浸沒式冷卻（Immersion Cooling）就是其中一種解決方案。

簡單來說，浸沒式冷卻就是把伺服器或電子設備直接浸泡在不導電的特殊冷卻液中，讓冷卻液直接接觸發熱元件，吸收並帶走CPU、GPU、記憶體及其他電子元件產生的熱能。

與傳統氣冷利用空氣帶走熱量不同，浸沒式冷卻直接利用液體與電子設備接觸。由於液體的熱傳導與熱容量通常比空氣高，因此能夠更有效率地把電子設備產生的熱量帶離。

浸沒式冷卻主要可以分為兩種類型：

1. 單相浸沒式冷卻（Single-Phase Immersion Cooling）
2. 兩相浸沒式冷卻（Two-Phase Immersion Cooling）

兩者最大的差異，就是冷卻液在吸收熱量的過程中，是否會發生「液體→氣體→液體」的相變化。

一、浸沒式冷卻是什麼？

浸沒式冷卻的核心概念其實非常直接：把原本靠空氣冷卻的伺服器，放進裝有不導電冷卻液的冷卻槽中。

一般伺服器運作時，CPU、GPU、記憶體、電源元件等都會產生熱量。傳統氣冷架構需要利用散熱器、風扇、機房冷氣以及冷熱通道，把這些熱量從伺服器內部帶到機房環境，再透過冷氣系統排出去。

浸沒式冷卻則把這個過程改變。

伺服器直接放入冷卻液中，冷卻液直接接觸伺服器上的發熱元件。由於使用的是不導電的介電冷卻液（dielectric coolant），因此液體接觸電子元件並不會像一般水或導電液體一樣造成短路。

這也是為什麼浸沒式冷卻所使用的冷卻液非常特殊。

普通的水雖然具有良好的熱傳導能力，但具有導電性，因此不能直接讓伺服器整台浸泡在水中。浸沒式冷卻需要使用具電氣絕緣能力的介電液，使冷卻液能夠直接接觸電子零件。

在實際應用中，伺服器通常需要針對浸沒環境進行設計，例如移除部分風扇與不必要的機械結構，並確認主機板、連接器、線材、材料與冷卻液之間具有良好的相容性。

因此，浸沒式冷卻並不是簡單地「把普通伺服器泡進油裡」而已，而是一套包含伺服器、冷卻槽、冷卻液、循環系統、熱交換器以及控制系統的完整散熱架構。

二、運作原理與分類

浸沒式冷卻主要分成單相浸沒式冷卻與兩相浸沒式冷卻。

兩者共同的基本原理都是：

伺服器產生熱量 → 冷卻液吸收熱量 → 熱量被帶離伺服器 → 再透過熱交換器或冷凝器排出。

真正不同的地方，是冷卻液吸收熱量後是否發生相變化。

三、單相浸沒式冷卻

單相浸沒式冷卻最大的特點就是：

冷卻液從頭到尾都維持液態，不會因為吸收伺服器熱量而沸騰。

伺服器完全浸泡在冷卻液中，CPU、GPU以及其他高功耗元件產生的熱量直接傳遞給冷卻液。

當冷卻液吸收熱量後，溫度升高。

接下來透過泵浦讓受熱的冷卻液流動，將高溫冷卻液送往熱交換器或CDU（Coolant Distribution Unit，冷卻液分配單元）。

在熱交換器中，冷卻液把熱量傳遞給另一側的水或其他冷卻迴路，冷卻後的介電液再重新回到浸沒槽中。

因此形成一個循環：

伺服器發熱 → 冷卻液吸熱 → 熱冷卻液循環 → 熱交換器排熱 → 冷卻液降溫 → 再回到伺服器。

這就是單相浸沒式冷卻最基本的運作方式。

技嘉的單相浸沒式方案就是採用這種概念，讓伺服器與其他IT設備浸泡在具有導熱能力的介電液中，再利用循環與熱交換方式把熱量排出。技嘉也已經推出單相浸沒式伺服器與符合EIA、OCP規格的浸沒式冷卻槽。

單相浸沒式的主要優點是結構相對容易理解與控制。

因為冷卻液不需要經歷沸騰與冷凝，所以系統不需要處理大量氣態冷媒，也不需要建立複雜的蒸氣管理結構。

對於希望逐步從傳統氣冷升級到浸沒式冷卻的資料中心而言，單相方案具有一定的實際導入價值。

四、兩相浸沒式冷卻

兩相浸沒式冷卻與單相最大的差異，就是：

冷卻液會因為吸收伺服器熱量而沸騰，從液態變成氣態，之後再冷凝回液態。

因此才被稱為「兩相」。

其基本運作流程可以理解為：

伺服器發熱 → 冷卻液吸熱 → 冷卻液沸騰 → 產生蒸氣 → 蒸氣上升 → 接觸冷凝器 → 冷凝成液體 → 液體重新流回槽內。

伺服器完全浸泡在低沸點的介電冷卻液中。

當CPU、GPU等元件產生熱量時，周圍的冷卻液吸收熱量並達到沸點，開始汽化。

產生的蒸氣向上升，接觸位於冷卻槽上方的冷凝器。冷凝器將蒸氣中的熱量帶走，使蒸氣重新變成液體。

液體再流回冷卻槽，重新吸收伺服器產生的熱量。

如此不斷循環。

兩相浸沒式冷卻最大的特色，就是利用「相變化」本身進行高效率的熱傳遞。

友俊的兩相浸沒式方案就是利用冷卻液沸騰產生蒸氣，再透過冷凝器將蒸氣轉換回液體；其官方資料指出，這種方式可以降低風扇與冷氣所需要的能源，並支援較高的功率密度。

台灣也已經有實際的兩相浸沒式冷卻案例。

例如技嘉曾與台達電、技嘉、智邦以及3M等企業合作，為台灣半導體業者建置兩相浸沒式冷卻方案；技嘉公布的案例指出，該系統可降低資料中心能源消耗，並使PUE低於1.08。

台達目前也有兩相浸沒式冷卻產品，官方資料指出其方案可透過冷卻液沸騰與冷凝的相變化帶走熱量，並針對HPC與大型資料中心應用。

五、浸沒式冷卻的優點

1. 高散熱效率

浸沒式冷卻最重要的優點，就是散熱效率高。

傳統氣冷主要依靠空氣將熱量從晶片帶走，而空氣的熱容量與熱傳遞能力有限。

浸沒式冷卻則讓冷卻液直接接觸CPU、GPU等發熱元件，不需要依靠大量空氣流動把熱量帶走。

這代表熱量可以更直接地進入冷卻液。

尤其在高功耗、高密度的運算環境中，浸沒式冷卻可以降低傳統散熱方式所遇到的熱傳瓶頸。

兩相浸沒式進一步利用冷卻液的汽化與冷凝進行熱傳遞，因此特別適合高功率密度設備。

2. 節能環保

浸沒式冷卻另一個重要優勢，就是可以降低資料中心冷卻系統的能源消耗。

傳統資料中心除了伺服器本身需要消耗電力之外，還需要大量風扇、冷氣、冷水機以及其他冷卻設備。

當伺服器功率越來越高時，冷卻系統所需要消耗的電力也會增加。

浸沒式冷卻直接利用液體吸收伺服器產生的熱量，可以減少對大量風扇與空氣調節設備的依賴。

友俊官方資料指出，其兩相浸沒式冷卻方案可大幅降低冷卻能源需求；台達的兩相方案也公布過相較傳統氣冷降低冷卻功耗的測試數據。這些數字屬於特定方案與測試條件，實際節能效果仍需依機房設計、負載與環境條件評估。

因此，浸沒式冷卻具有降低PUE、降低冷卻電力消耗以及提高能源利用率的潛力。

3. 不受傳統環境影響

傳統氣冷容易受到機房環境影響，例如溫度、濕度、灰塵與空氣流動。

浸沒式冷卻則是將伺服器直接放在介電冷卻液中。

因此，伺服器不再依賴大量空氣流動進行散熱。

冷卻液本身形成相對穩定的散熱環境，可以降低灰塵、濕度以及空氣流動對散熱系統造成的影響。

對於高密度資料中心而言，這種特性尤其重要。

4. 可以提高機房空間利用率

傳統機房需要設計冷熱通道、冷氣設備以及大量風扇與氣流空間。

浸沒式冷卻可以讓伺服器以更高密度的方式配置，降低對大量空氣流動的依賴。

因此，在相同空間下，有機會部署更多高功率運算設備。

友俊官方資料也將高功率密度列為兩相浸沒式冷卻的重要優勢。

六、浸沒式冷卻的缺點

1. 初期成本高

浸沒式冷卻最大的問題之一，就是導入成本通常高於單純的傳統氣冷架構。

傳統機房只需要伺服器機櫃、冷氣與相關電力系統。

浸沒式冷卻則需要額外建置：

• 浸沒式冷卻槽
• 專用介電冷卻液
• 泵浦
• CDU
• 熱交換器
• 冷卻管路
• 控制系統
• 溫度與液位監控設備
• 機房改造工程

因此，不能只比較一個「冷卻槽」的價格，而應該比較整套系統的總持有成本。

2. 維護門檻高

浸沒式冷卻雖然可以降低部分風扇與冷氣設備的需求，但維護方式也會跟傳統伺服器不同。

工程人員需要處理冷卻液、液槽、泵浦、熱交換器以及其他設備。

維修伺服器時，也需要考慮冷卻液管理。

因此，機房管理人員需要接受不同於傳統氣冷機房的維護訓練。

尤其兩相浸沒式冷卻還涉及沸騰、蒸氣、冷凝以及密封結構，因此對系統設計與維護要求更高。

3. 冷卻液成本

浸沒式冷卻需要使用特殊介電液。

冷卻液本身就是導入成本的一部分，而且不同冷卻液具有不同的價格、材料相容性、壽命與環境要求。

因此，選擇冷卻液時不能只看散熱性能，也要考慮：

價格、壽命、材料相容性、安全性、維護成本以及環境法規要求。

4. 伺服器相容性

不是所有伺服器都可以直接放進浸沒式冷卻槽。

伺服器的主機板、線材、連接器、電源、儲存設備以及其他零組件，都必須確認與冷卻液相容。

某些原本為氣冷環境設計的設備，可能需要重新調整。

因此，浸沒式冷卻的導入往往需要伺服器廠商、冷卻設備廠商與資料中心共同進行系統整合。

七、單相與兩相的詳細比較

簡單來說：

單相浸沒式冷卻的重點是「液體循環」。

兩相浸沒式冷卻的重點是「液體沸騰＋蒸氣冷凝」。

如果希望系統架構相對簡單、維護管理容易，單相浸沒式具有優勢。

如果追求非常高的功率密度與更高的散熱效率，兩相浸沒式則具有更大的技術優勢，但系統設計、冷卻液、密封以及維護要求也更高。

八、台灣相關的供應鏈與概念股

台灣是全球伺服器與資料中心設備供應鏈的重要生產基地，因此浸沒式冷卻相關產業也有不少台灣企業參與。

不過需要先說明：

「液冷概念股」不等於「浸沒式冷卻概念股」。

有些公司主要做的是冷板式液冷、散熱模組、CDU、熱交換器、機櫃或其他AI散熱零組件，並不代表其主要營收來自浸沒式冷卻。

因此，可以大致分成直接浸沒式方案與廣義液冷供應鏈。

1. 技嘉（2376）

技嘉是台灣較明確投入浸沒式冷卻的伺服器廠商之一。

技嘉已推出單相浸沒式冷卻伺服器、冷卻槽與相關整合方案，同時也參與兩相浸沒式冷卻專案。

其產品涵蓋伺服器、冷卻槽、冷卻液與整體系統整合，因此在台灣浸沒式冷卻供應鏈中的位置相對完整。

2. 緯穎（6669）

緯穎是全球雲端資料中心伺服器供應商，也很早投入兩相浸沒式冷卻技術。

緯穎曾展示兩相浸沒式冷卻系統，並與LiquidStack進行策略合作及技術布局。

其兩相浸沒式冷卻方案主要針對高密度雲端運算、AI與HPC應用。

3. 台達電（2308）

台達電在浸沒式冷卻中主要涉及電源、散熱、熱管理以及資料中心基礎設施。

台達目前也有兩相浸沒式冷卻解決方案，並曾參與台灣半導體業者的兩相浸沒式冷卻專案。

其產品定位不只是單一冷卻零件，而是包含資料中心熱管理與電力管理系統。

4. 廣運（6125）

廣運亦涉及資料中心液冷與浸沒式冷卻相關設備，是台灣市場中可以觀察的相關廠商之一。

不過與技嘉、緯穎、台達相比，判斷一家公司的「浸沒式冷卻受惠程度」時，仍需要進一步看其實際產品、客戶與營收占比。

5. 其他廣義液冷供應鏈

另外還有一些台灣散熱與伺服器供應鏈企業，例如：

• 奇鋐（3017）
• 雙鴻（3324）
• 健策（3653）
• 高力（8996）
• 晟銘電（3013）
• 富世達（6805）
• 建準（2421）
• 力致（3483）
• 泰碩（3338）

這些公司可以放在更廣義的「AI散熱／液冷供應鏈」中觀察。

但要注意，不能因為公司做液冷零件，就直接說它是純粹的浸沒式冷卻概念股。

浸沒式冷卻是一個完整系統，真正的供應鏈會包括伺服器、冷卻槽、介電液、CDU、泵浦、熱交換器、機櫃、連接器以及控制系統等。

因此，投資或研究時最好進一步確認公司的實際產品與浸沒式冷卻的關聯程度，而不能只看「液冷」兩個字。

九、機房導入浸沒式冷卻的成本

機房如果要導入浸沒式冷卻，不能只計算購買冷卻槽的價格。

真正的成本可以分成幾個部分。

1. 浸沒式冷卻槽

這是最明顯的設備成本。

冷卻槽需要承載伺服器與冷卻液，同時還要具備溫度監控、液位監控、安全機制以及維修設計。

不同容量與功率密度的冷卻槽，價格差異非常大。

2. 冷卻液

冷卻液是浸沒式冷卻的重要成本。

如果一個系統需要大量冷卻液，冷卻液本身的採購成本就會非常可觀。

此外還要考慮冷卻液的使用壽命、補充、過濾、污染控制與未來更換成本。

因此，評估TCO時不能只看第一年的冷卻液成本。

3. CDU與熱交換設備

單相浸沒式冷卻需要透過循環系統將熱量送往熱交換器。

因此可能需要：

CDU → 泵浦 → 管路 → 熱交換器 → 建築冷卻水系統。

這些設備都會增加機房的初期投資。

4. 機房改造

如果原本的機房是傳統氣冷架構，改成浸沒式冷卻並不是把機櫃換掉就完成。

可能需要重新規劃：

• 冷卻水路
• 電力配置
• 地板承重
• 機房空間
• 冷卻槽位置
• 維修通道
• 液體儲存
• 消防與安全設計
• 監控系統

因此，老舊機房改造的成本可能比新建機房更高。

十、機房導入浸沒式冷卻的評估重點

真正要判斷一個資料中心適不適合導入浸沒式冷卻，不能只問「浸沒式冷卻是不是比較省電」。

應該從整體系統進行評估。

1. IT功率密度

第一個要看的就是伺服器功率。

如果每個機櫃的功率很低，傳統氣冷已經可以很好地處理熱量，那麼導入浸沒式冷卻的經濟效益可能有限。

但如果機櫃功率持續提高，傳統空氣冷卻開始遇到瓶頸，浸沒式冷卻的價值就會提高。

因此：

功率密度越高，越值得評估浸沒式冷卻。

2. 每櫃功率

不能只看整個資料中心有多少台伺服器，而要看：

單台伺服器功率是多少？單一機櫃功率是多少？整個機房總熱負載是多少？

例如某些高密度GPU伺服器，其功耗遠高於一般企業伺服器。

如果單櫃功率已經非常高，就必須重新評估傳統氣冷是否仍然經濟。

3. PUE

PUE（Power Usage Effectiveness，電力使用效率）是資料中心常用的能源效率指標。

基本概念是：

PUE＝資料中心總能源／IT設備能源。

PUE越接近1，代表IT設備以外的能源消耗越少。

因此導入浸沒式冷卻後，不能只看冷卻設備本身耗電多少，而要看整個資料中心的PUE是否改善。

4. 伺服器相容性

必須確認伺服器是否適合浸沒式環境。

包括：

• 主機板
• CPU
• GPU
• 記憶體
• SSD
• 連接器
• 線材
• 電源
• 材料
• 黏著劑
• 密封件

都需要考慮與冷卻液的相容性。

5. 維護方式

機房必須提前規劃伺服器如何進行維修。

例如：

伺服器怎麼取出？

冷卻液怎麼處理？

維修人員需要什麼防護？

冷卻槽怎麼清潔？

冷卻液污染怎麼處理？

這些都會直接影響實際運營成本。

6. 冷卻液選擇

不同冷卻液的價格、散熱性能、沸點、黏度、材料相容性與環境特性不同。

因此不能只看「哪一種液體散熱最快」。

更重要的是：

冷卻效率＋壽命＋安全性＋材料相容性＋維護成本＋環境要求。

7. 初期成本與長期節能的平衡

最後還是要回到最重要的問題：

多花多少錢，未來可以省多少錢？

浸沒式冷卻的初期成本通常高於傳統氣冷。

但如果能夠降低冷卻電力、提高伺服器密度、減少機房空間需求，以及降低長期能源成本，那麼長期TCO可能具有優勢。

因此真正應該比較的不是：

「浸沒式冷卻設備比氣冷貴多少？」

而是：

「導入浸沒式冷卻後，整個資料中心在5年甚至10年的總成本是多少？」

十一、總結

浸沒式冷卻就是把伺服器或電子設備直接浸泡在不導電的介電冷卻液中，讓冷卻液直接吸收CPU、GPU及其他高功耗元件產生的熱量。

它主要分成兩種類型。

單相浸沒式冷卻：

冷卻液吸收熱量後仍然保持液態，透過泵浦、循環管路與熱交換器將熱量排出。

兩相浸沒式冷卻：

冷卻液吸收熱量後沸騰變成蒸氣，再透過冷凝器重新變成液體，利用相變化完成散熱。

兩者相比，單相系統結構相對簡單，維護與控制比較容易；兩相系統則能利用汽化與冷凝的相變化取得更高的散熱能力，更適合非常高功率密度的運算環境，但系統設計與維護也更加複雜。

浸沒式冷卻最大的優點是高散熱效率、降低冷卻能源消耗、提高功率密度以及降低對傳統冷氣與風扇的依賴。

但它也存在初期建置成本高、冷卻液成本高、維護方式不同、伺服器相容性以及機房改造等問題。

台灣則已經形成一定的相關產業鏈，包括技嘉、緯穎、台達等具有較明確浸沒式冷卻布局的企業，以及奇鋐、雙鴻、健策、高力、晟銘電、富世達等更廣義的液冷與AI散熱供應鏈。

對資料中心而言，是否導入浸沒式冷卻，最重要的不是單純看技術是否先進，而是要從功率密度、每櫃功率、PUE、冷卻液成本、伺服器相容性、維護方式、機房改造以及長期TCO進行完整評估。

換句話說，浸沒式冷卻真正的價值，在於當伺服器產生的熱量已經高到傳統氣冷難以經濟處理時，利用冷卻液直接接觸高功耗設備，把熱量更有效率地帶走，從而讓資料中心能夠在更高的功率密度下持續運作。