液冷技术概述

• 定义与原理：液冷技术是指利用液体取代空气作为冷却介质，与服务器发热元器件进行热交换，将服务器元器件产生的热量带走，以保证服务器工作在安全温度范围内的一种冷却方法。其核心机理在于利用液态介质卓越的热传导性能与高体积比热容特性，通过直接接触或二次换热方式实现电子器件的高效散热。

• 主要类型

• 冷板式液冷：冷板式液冷技术通过液体直接接触服务器的关键部件，如 CPU、GPU 等，实现高效散热。通常是在服务器内部安装液冷板，冷却液在液冷板中流动，带走部件产生的热量。

• 浸没式液冷：浸没式液冷系统则是将整个服务器完全浸泡在特种冷却液中，液体与发热元件直接接触，从而实现了高效的热交换。这种方式散热效率极高，能有效降低服务器内部的温度。

• 喷淋式液冷：喷淋式液冷是将冷却液通过喷头直接喷淋到发热部件上，实现热量的快速散发。这种方式可以针对特定的高热区域进行精准散热，但对喷淋系统的设计和控制要求较高。

液冷技术在 AI 数据中心发展的驱动因素

• AI 计算需求的爆发：随着人工智能技术的持续突破，特别是深度学习算法的规模化应用，数据中心正面临算力需求的指数级增长。AI 模型训练和推理过程中的高计算资源需求，导致服务器发热量大幅增加，传统风冷散热难以满足需求。

• 绿色节能的要求：在全球能源资源紧张和环保意识增强的背景下，提升数据中心的能效显得尤为重要。液冷技术通过更高效的散热方式，减少了空调系统的能耗，从而显著降低了数据中心的 PUE 值，符合可持续发展的要求。

• 服务器高密度部署趋势：为了提高数据中心的空间利用率和计算能力，服务器的高密度部署成为趋势。在高密度计算环境中，风冷系统往往无法满足散热需求，而液冷技术则能够有效解决这一问题，还能实现超密部署。

液冷技术在 AI 数据中心的优势

• 高效散热

• 解决热点问题：AI 计算中，GPU 和 CPU 等芯片在运行时会产生大量热量，容易出现热点区域，导致性能下降甚至硬件损坏。液冷技术能够通过精准的微通道冷板设计或浸没式冷却架构，将芯片结温有效控制在可靠性阈值内。

• 降低温差：液冷系统可以实现更均匀的散热，减少服务器内部不同部件之间的温差。例如联通项目的服务器 CPU 与 GPU 温差仅为 4℃，这有助于提高整个系统的稳定性和可靠性。

• 节能降耗

• 降低 PUE 值：风冷方案数据中心 PUE 一般在 1.4-1.5 左右，而液冷数据中心 PUE 可降低至 1.2 以下，部分先进的液冷数据中心 PUE 甚至能达到 1.1 以下，大大提高了能源利用效率。

• 减少空调能耗：液冷技术通过更高效的散热方式，减少了对传统空调系统的依赖，从而降低了空调系统的能耗。例如联通的液冷数据中心年节电量达 600 万 kW・h。

• 提升设备寿命：液冷技术能够将服务器的温度控制在较低水平，减少了高温对设备的损害，从而延长了设备的使用寿命。这对于数据中心来说，可以降低设备更换成本，提高投资回报率。

• 降低噪音：传统数据中心因大量风扇运行产生高分贝噪音，而液冷系统通过减少风扇依赖，可将噪音降至 45dB 以下，为数据中心工作人员提供了更舒适的工作环境。

液冷技术在 AI 数据中心的应用现状

• 市场渗透率不断提高：据 TrendForce 集邦咨询数据，液冷技术在 AI 数据中心的渗透率将从 2024 年 14%，大幅提升至 2025 年 33%，并于未来数年持续成长。预计 2025 年将成为液冷技术起量的关键年份。

• 行业应用广泛

• 互联网行业：Meta、Google、AWS 等海外云服务提供商在自研 AI 集群中加速液冷部署。国内的互联网巨头也纷纷加大对液冷技术的投入，建设液冷数据中心，以提升自身的计算能力和服务水平。

• 金融行业：金融行业对数据中心的稳定性和能效要求较高，液冷技术能够满足其需求。预计到 2025 年，金融行业液冷数据中心占比将达到 25%。

• 电信行业：中国移动、中国电信、中国联通计划到 2025 年实现 50% 新建数据中心采用液冷技术，以降低 PUE 值至 1.1 以下。

液冷技术在 AI 数据中心发展面临的挑战

• 技术层面

• 密封性问题：液冷系统的密封性是一个关键问题，一旦发生冷却液泄漏，可能会对服务器等设备造成严重损害，导致数据丢失、硬件损坏等问题。

• 系统兼容性：液冷系统需要与服务器硬件、网络设备等进行良好的兼容，否则可能会影响系统的性能和稳定性。目前市场上液冷设备和服务器的兼容性还存在一定问题，不同厂家的产品在接口、协议等方面存在差异。

• 维护复杂度：液冷系统的维护需要专业的技术人员和设备，维护难度和成本较高。例如，液冷系统中的冷却液需要定期更换，系统的管道和部件需要定期检查和维护。

• 成本层面

• 初期投资高：液冷系统的初期投资成本相对较高，例如浸没式液冷比传统风冷高 30%-50%，这主要源于定制化冷却液、密封设备及管路布局等方面的额外支出。

• 运营成本考量：虽然液冷技术在长期运营中具有节能等成本优势，但在实际运营中，还需要考虑液冷系统的运维成本、冷却液的更换成本等。

• 标准规范层面：目前液冷行业还缺乏统一的标准和规范，不同厂家的产品在技术参数、接口形式、安全标准等方面存在差异，这给数据中心的建设和运营带来了困难。

液冷技术在 AI 数据中心的发展趋势

• 技术创新趋势

• 新型液冷技术的研发：如超流体液冷技术，通过在冷却液中注入可控微气泡，显著提升流速与热传导效率，实现散热效能与安全性的双重突破。

• 与其他技术的融合：液冷技术将与 AI 智能监控、远程管理平台等技术深度融合，实现对液冷系统的实时监测与智能调优，进一步降低运维难度和成本。

• 市场发展趋势

• 市场规模持续扩大：随着 AI 技术的不断发展和对数据中心性能要求的提高，液冷技术在 AI 数据中心的市场规模将持续扩大。预计 2028 年液冷服务器市场规模有望达到约 162 亿美元。

• 应用场景拓展：液冷技术将不仅局限于数据中心，还将在边缘计算、智能交通、工业互联网等领域得到更广泛的应用。

• 产业协同趋势：液冷技术的发展将带动整个产业链的协同发展，包括冷却液供应商、液冷设备制造商、系统集成商、运维服务提供商等。