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芯片TDP攀升趋势

东吴证券AI终端散热报告显示,芯片TDP(散热设计功率)已成为衡量散热需求的核心指标。Apple A系列TDP从A14的6W提升至A18 Pro的8W,骁龙8 Gen 4达8.2W。热阻公式R=L/(K×A)揭示了散热优化的三个方向——厚度更薄、导热系数更高、散热面积更大。DRAM独立封装、VC均热板、多层石墨正共同构筑AI终端散热新体系。

TDP持续攀升:A系列6W→8W,骁龙5.3W→8.2W

TDP(Thermal Design Power)是散热系统设计的核心指标,代表芯片对散热能力的要求。Apple A系列芯片TDP从2020年A14的6W提升至2024年A18 Pro的8W,增幅33%。制程工艺从5nm演进至3nm,晶体管数量从11.8B增至19B,CPU主频从3.1GHz升至4.04GHz。

安卓旗舰SoC同样呈现功耗快速攀升趋势。骁龙8 Gen 1 TDP为5.3W(2021年),至骁龙8 Gen 4已提升至8.2W,三年增幅达55%。联发科天玑9000 TDP为4W,天玑9300提升至7W。苹果与安卓SoC功耗共振攀升,共同推动手机散热系统从“可选”变为“必选”,从“单材料”走向“多材料模组”。

热阻公式:R=L/(K×A)——散热的物理底层逻辑

热阻公式R=(T2-T1)/P定义了温度差与功率的关系。进一步拆解为R=L/(K×A),其中L为材料厚度、K为热导率、A为垂直于热流方向的截面积。这一公式揭示了散热优化的三个明确方向:厚度更小、热导率更大、散热面积更大。

参照A18 Pro 8W的TDP,假设80%热量流向散热片,芯片温度85℃与最高环境温度45℃温差40℃,则散热片一侧目标热阻为6.25K/W。确定目标热阻后需为各元件设计散热目标,使散热元件热阻总和低于目标热阻。这一物理框架为散热材料选择和设计优化提供了量化依据。

DRAM独立封装:改善PoP堆叠散热瓶颈

韩媒The Elec报道,三星应苹果要求开始研究新的LPDDR DRAM封装方式——独立封装。2010年起iPhone就采用堆叠式封装(PoP)方案,内存直接叠在SoC上通过Pitch连接以最大限度减少设备体积。但PoP技术因芯片过于靠近,在端侧AI负载要求下带宽和散热问题严重。

通过分开封装DRAM和SoC,可以增加I/O引脚数量,提高数据传输速率和并行数据通道数量,并显著改善散热性能。独立封装使DRAM和SoC之间热耦合程度降低,同时为更大面积的散热片留出空间。这一变化意味着散热设计正从“芯片级”延伸至“封装级”,从更底层解决AI负载下的热问题。

散热系统设计:热阻分配与材料选择

散热是“从里到外”的多环节系统工程。热源产生的热量需经热拓展装置(石墨膜)扩展至更大表面积,再经导热界面材料传导至热管或均热板,最后通过机壳向外界转移。每个环节均有其热阻贡献,需根据热预算进行热阻匹配设计。

PCB和元件同样承担一部分散热能力。通过提高层压精度、埋铜增加散热能力,PCB的热阻可以降低。元件端如一体成型功率电感不仅能助力小型化,还能适合高功率大电流场景。散热设计正从单一材料优化转向系统级热阻管理,对供应商的集成设计能力提出更高要求。
主流安卓SoC TDP演进
芯片发布时间TDP
骁龙8 Gen 12021年5.3W
骁龙8 Gen 22022年6.3W
骁龙8 Gen 32023年6.3W
骁龙8 Gen 42024年8.2W
天玑90002022年4W
天玑92002023年7W
天玑93002024年7W

投资建议:热管理产业链受益明确

芯片TDP持续攀升推动散热需求刚性增长,热管理产业链受益明确。东吴证券建议关注三条主线:一是VC均热板方案(领益智造、苏州天脉),受益于“线”到“面”的散热升级趋势;二是导热界面材料(中石科技),受益于TIM在芯片与散热器间建立传导通道的刚需;三是石墨散热膜(思泉新材、捷邦科技),多层石墨叠加趋势持续提升用量。

从估值角度看,领益智造2025年预期PE约24倍,中石科技约29倍,处于合理区间。AI终端散热需求具备长期成长性——芯片性能提升永不止步,散热升级亦永无止境。
点击阅读报告原文: 【东吴证券】电子行业深度报告:AI终端变革之散热:性能跃升驱动散热系统升级-250318(21页)
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