在當(dāng)今數(shù)字化浪潮中，智算時(shí)代正以前所未有的速度席卷而來(lái)。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等前沿技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)算力的需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)中心作為算力的核心承載平臺(tái)，其規(guī)模和復(fù)雜度不斷攀升，而由此帶來(lái)的散熱問(wèn)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(shí)代數(shù)據(jù)中心散熱的 “救星”。

智算時(shí)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(fù)雜的運(yùn)算，這使得服務(wù)器的算力需求急劇增加。以英偉達(dá)的 GPU 服務(wù)器為例，其單機(jī)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(dāng)芯片長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，若不能及時(shí)有效地散發(fā)出去，芯片溫度將持續(xù)升高，進(jìn)而影響其性能和穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)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(shí)故障率也會(huì)大幅增加。傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱技術(shù)在面對(duì)如此高的熱密度時(shí)，已顯得力不從心。風(fēng)冷主要依靠空氣流動(dòng)帶走熱量，但空氣的導(dǎo)熱性能較差，其冷卻效率遠(yuǎn)低于液體。在高功率密度的機(jī)柜中，風(fēng)冷系統(tǒng)往往無(wú)法滿足散熱需求，導(dǎo)致服務(wù)器降頻運(yùn)行，嚴(yán)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(shì)與分類

液冷技術(shù)作為一種高效的散熱方式，通過(guò)利用液體作為冷卻介質(zhì)，與服務(wù)器發(fā)熱元器件進(jìn)行熱交換，將熱量迅速帶走，從而保證服務(wù)器工作在安全溫度范圍內(nèi)。與風(fēng)冷技術(shù)相比，液冷技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。首先，冷卻效率極高，液體的導(dǎo)熱能力是空氣的 25 倍，體積比熱容是空氣的 1000 - 3500 倍，對(duì)流換熱系數(shù)是空氣的 10 - 40 倍，能夠?qū)崿F(xiàn)比風(fēng)冷高 1000 至 3000 倍的散熱效率，可有效降低芯片溫度，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)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(biāo))，冷板式液冷 PUE<1.2，浸沒(méi)式液冷 PUE<1.1，相比風(fēng)冷節(jié)能 20% - 30% 以上。再者，支持更高的機(jī)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(dá)到冷卻目的，又可細(xì)分為浸沒(méi)式和噴淋式。浸沒(méi)式液冷系統(tǒng)通過(guò)將發(fā)熱器件完全浸入不導(dǎo)電的冷卻液中實(shí)現(xiàn)高效散熱，按照冷卻液在循環(huán)散熱過(guò)程中是否發(fā)生相變，可分為單相浸沒(méi)式液冷和雙相浸沒(méi)式液冷。單相浸沒(méi)式液冷在熱交換過(guò)程中冷卻液溫度發(fā)生變化但無(wú)相態(tài)轉(zhuǎn)變，依靠液體的顯熱變化傳遞熱量;雙相浸沒(méi)式液冷的冷卻液在散熱過(guò)程中會(huì)發(fā)生從液態(tài)到氣態(tài)再到液態(tài)的相變過(guò)程。噴淋式液冷則是將冷卻液噴淋到發(fā)熱器件表面進(jìn)行散熱，不過(guò)現(xiàn)階段其落地應(yīng)用較少，不太適合高密度服務(wù)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(guò)一個(gè)中介組件(散熱器或冷卻板)將熱量帶走，常見(jiàn)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(guò)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(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改動(dòng)不大，僅需將原風(fēng)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(chǎng)景。

市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)液冷技術(shù)發(fā)展

在政策與市場(chǎng)的雙重推動(dòng)下，液冷技術(shù)的市場(chǎng)需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)。從政策層面來(lái)看，國(guó)家積極推進(jìn) “東數(shù)西算” 工程，對(duì)數(shù)據(jù)中心的能耗指標(biāo)提出了嚴(yán)格要求。多個(gè)數(shù)據(jù)中心集群明確了 PUE 值建設(shè)目標(biāo)，要求數(shù)據(jù)中心電能利用效率指標(biāo)基本控制在 1.25 以內(nèi)。這使得數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商必須采用更高效的散熱技術(shù)來(lái)降低能耗，以滿足政策要求，液冷技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。從市場(chǎng)需求來(lái)看，隨著人工智能應(yīng)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(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心需要不斷提升算力以滿足市場(chǎng)需求。而高算力帶來(lái)的高熱密度問(wèn)題，使得液冷技術(shù)成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)和升級(jí)的必然選擇。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，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(yù)估 2028 年液冷滲透率將達(dá) 50%，市場(chǎng)規(guī)模將超 360 億美元。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)方面，2024 年中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 110.1 億元，預(yù)計(jì) 2027 年將達(dá) 315.5 億元，未來(lái)三年增速超 40%。尤其是在智算領(lǐng)域，預(yù)計(jì) 2027 年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 88.3 億元。

供應(yīng)鏈布局與產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建

在液冷技術(shù)市場(chǎng)需求的牽引下，相關(guān)供應(yīng)鏈也在不斷完善和布局。從上游來(lái)看，冷卻液、冷板等原材料和零部件供應(yīng)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(dǎo)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(shè)計(jì)規(guī)劃、設(shè)備選型到安裝交付、運(yùn)維保障的全生命周期服務(wù)。下游的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商則根據(jù)自身需求，選擇合適的液冷解決方案，推動(dòng)了液冷技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)之間加強(qiáng)合作，共同構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)。例如，東陽(yáng)光與中際旭創(chuàng)攜手設(shè)立合資公司，聚焦液冷散熱整體解決方案的全球市場(chǎng)推廣，整合雙方在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)資源及市場(chǎng)渠道等方面的優(yōu)勢(shì)，全力推動(dòng)液冷技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。

發(fā)展趨勢(shì)與展望

展望未來(lái)，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(jìn)一步提升，對(duì)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(shí)，隨著市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的成熟，液冷系統(tǒng)的成本將逐漸降低，進(jìn)一步提高其市場(chǎng)滲透率。在智能化方面，通過(guò)引入物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液冷系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能調(diào)控，提高系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)維效率?？傊?，液冷技術(shù)作為智算時(shí)代數(shù)據(jù)中心散熱的核心技術(shù)，將在推動(dòng)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(jiān)實(shí)的支撐。