在當今數(shù)字化浪潮中，智算時代正以前所未有的速度席卷而來。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等前沿技術(shù)的迅猛發(fā)展，對算力的需求呈指數(shù)級增長。數(shù)據(jù)中心作為算力的核心承載平臺，其規(guī)模和復雜度不斷攀升，而由此帶來的散熱問題成為了制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。在此背景下，液冷技術(shù)憑借其卓越的散熱性能，逐漸嶄露頭角，成為智算時代數(shù)據(jù)中心散熱的 “救星”。

智算時代的數(shù)據(jù)中心散熱挑戰(zhàn)

隨著人工智能大模型的興起，如 GPT 系列等，數(shù)據(jù)中心需要處理海量的數(shù)據(jù)和復雜的運算，這使得服務器的算力需求急劇增加。以英偉達的 GPU 服務器為例，其單機柜功耗不斷攀升，從最初的十幾千瓦迅速躍升至如今的數(shù)十千瓦，甚至在某些

高端配置突破百千瓦大關(guān)。當芯片長時間處于高負載運行狀態(tài)時，會產(chǎn)生大量的熱量，若不能及時有效地散發(fā)出去，芯片溫度將持續(xù)升高，進而影響其性能和穩(wěn)定性，甚至導致硬件損壞。研究表明，芯片工作溫度每升高 10℃，其性能下降約 50%，同時故障率也會大幅增加。傳統(tǒng)的風冷散熱技術(shù)在面對如此高的熱密度時，已顯得力不從心。風冷主要依靠空氣流動帶走熱量，但空氣的導熱性能較差，其冷卻效率遠低于液體。在高功率密度的機柜中，風冷系統(tǒng)往往無法滿足散熱需求，導致服務器降頻運行，嚴重影響了數(shù)據(jù)中心的整體算力輸出。

液冷技術(shù)的優(yōu)勢與分類

液冷技術(shù)作為一種高效的散熱方式，通過利用液體作為冷卻介質(zhì)，與服務器發(fā)熱元器件進行熱交換，將熱量迅速帶走，從而保證服務器工作在安全溫度范圍內(nèi)。與風冷技術(shù)相比，液冷技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢。首先，冷卻效率極高，液體的導熱能力是空氣的 25 倍，體積比熱容是空氣的 1000 - 3500 倍，對流換熱系數(shù)是空氣的 10 - 40 倍，能夠?qū)崿F(xiàn)比風冷高 1000 至 3000 倍的散熱效率，可有效降低芯片溫度，確保設備穩(wěn)定運行。其次，節(jié)能降耗效果顯著，能顯著降低數(shù)據(jù)中心的 PUE(能耗指標)，冷板式液冷 PUE<1.2，浸沒式液冷 PUE<1.1，相比風冷節(jié)能 20% - 30% 以上。再者，支持更高的機柜功率密度，減少數(shù)據(jù)中心占地面積，滿足智算中心高密度部署的需求。

液冷系統(tǒng)根據(jù)液體與硬件的接觸方式，主要分為直接液冷和間接液冷。直接液冷中液體與需要冷卻的硬件組件直接接觸以達到冷卻目的，又可細分為浸沒式和噴淋式。浸沒式液冷系統(tǒng)通過將發(fā)熱器件完全浸入不導電的冷卻液中實現(xiàn)高效散熱，按照冷卻液在循環(huán)散熱過程中是否發(fā)生相變，可分為單相浸沒式液冷和雙相浸沒式液冷。單相浸沒式液冷在熱交換過程中冷卻液溫度發(fā)生變化但無相態(tài)轉(zhuǎn)變，依靠液體的顯熱變化傳遞熱量;雙相浸沒式液冷的冷卻液在散熱過程中會發(fā)生從液態(tài)到氣態(tài)再到液態(tài)的相變過程。噴淋式液冷則是將冷卻液噴淋到發(fā)熱器件表面進行散熱，不過現(xiàn)階段其落地應用較少，不太適合高密度服務器和大規(guī)模數(shù)據(jù)中心。間接液冷是指液體不與硬件直接接觸，通過一個中介組件(散熱器或冷卻板)將熱量帶走，常見的為冷板式液冷，根據(jù)冷卻介質(zhì)是否發(fā)生相變又可分為單相冷板式和兩相冷板式。冷板式液冷通過冷板把發(fā)熱器件的熱量傳遞到冷卻液體，再利用冷卻液體的制冷特性將熱量帶走，該技術(shù)對計算機系統(tǒng)改動不大，僅需將原風冷散熱片替換為液冷散熱套件并引出冷媒管路即可，適用于中高熱流密度散熱場景。

市場需求驅(qū)動液冷技術(shù)發(fā)展

在政策與市場的雙重推動下，液冷技術(shù)的市場需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。從政策層面來看，國家積極推進 “東數(shù)西算” 工程，對數(shù)據(jù)中心的能耗指標提出了嚴格要求。多個數(shù)據(jù)中心集群明確了 PUE 值建設目標，要求數(shù)據(jù)中心電能利用效率指標基本控制在 1.25 以內(nèi)。這使得數(shù)據(jù)中心運營商必須采用更高效的散熱技術(shù)來降低能耗，以滿足政策要求，液冷技術(shù)成為實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵。從市場需求來看，隨著人工智能應用的不斷拓展，如智能安防、智能醫(yī)療、智能交通等領(lǐng)域?qū)λ懔Φ男枨蟪掷m(xù)增長，數(shù)據(jù)中心需要不斷提升算力以滿足市場需求。而高算力帶來的高熱密度問題，使得液冷技術(shù)成為數(shù)據(jù)中心建設和升級的必然選擇。據(jù)市場研究機構(gòu)預測，2028 年全球數(shù)據(jù)中心規(guī)模將突破 6000 億美元，數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)成本占比 15% 以上，其中液冷成本占比 80% 以上，預估 2028 年液冷滲透率將達 50%，市場規(guī)模將超 360 億美元。國內(nèi)市場方面，2024 年中國液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模達 110.1 億元，預計 2027 年將達 315.5 億元，未來三年增速超 40%。尤其是在智算領(lǐng)域，預計 2027 年市場規(guī)模將達 88.3 億元。

供應鏈布局與產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建

在液冷技術(shù)市場需求的牽引下，相關(guān)供應鏈也在不斷完善和布局。從上游來看，冷卻液、冷板等原材料和零部件供應商積極投入研發(fā)，提升產(chǎn)品性能和質(zhì)量。例如，一些企業(yè)研發(fā)出了具有更高導熱性能和穩(wěn)定性的冷卻液，以及更高效的冷板產(chǎn)品。中游的液冷系統(tǒng)集成商則整合各方資源，為數(shù)據(jù)中心提供整體解決方案。像曙光數(shù)創(chuàng)、浪潮信息等企業(yè)，不僅推出了多種類型的液冷產(chǎn)品，還提供從設計規(guī)劃、設備選型到安裝交付、運維保障的全生命周期服務。下游的數(shù)據(jù)中心運營商則根據(jù)自身需求，選擇合適的液冷解決方案，推動了液冷技術(shù)的實際應用。同時，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)之間加強合作，共同構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)。例如，東陽光與中際旭創(chuàng)攜手設立合資公司，聚焦液冷散熱整體解決方案的全球市場推廣，整合雙方在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)資源及市場渠道等方面的優(yōu)勢，全力推動液冷技術(shù)的創(chuàng)新應用。

發(fā)展趨勢與展望

展望未來，液冷技術(shù)將朝著更高效率、更低成本、更智能化的方向發(fā)展。隨著芯片功率的進一步提升，對液冷技術(shù)的散熱能力提出了更高要求，新型的散熱材料和技術(shù)將不斷涌現(xiàn)。同時，隨著市場規(guī)模的擴大和技術(shù)的成熟，液冷系統(tǒng)的成本將逐漸降低，進一步提高其市場滲透率。在智能化方面，通過引入物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)對液冷系統(tǒng)的實時監(jiān)測和智能調(diào)控，提高系統(tǒng)的可靠性和運維效率。總之，液冷技術(shù)作為智算時代數(shù)據(jù)中心散熱的核心技術(shù)，將在推動數(shù)據(jù)中心高效、綠色發(fā)展方面發(fā)揮重要作用，為人工智能等新興技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供堅實的支撐。