随着人工智能应用的迅速演进,智算需求推动芯片与服务器散热功耗持续攀升。目前,部分超大型数据中心机柜功率密度已达到30 kW/柜以上,甚至接近100 kW/柜,已触及或超过传统风冷散热技术的理论极限。在此背景下,液冷技术凭借其节能优势和高密散热能力,成为数据中心冷却领域的重要发展方向。

一、液冷技术的双重优势

节能层面:液冷系统通过减少散热路径中的温差损耗,显著降低对低温冷源的需求。在我国绝大部分区域,液冷可有效利用自然冷源进行散热,大幅减少机械制冷能耗。

应对高密散热:液体换热介质在比热容、导热系数等热性能参数上较空气具有显著优势,且换热设计更贴近热源,能够更高效地满足高密度热流芯片的散热需求。

二、单相冷板式液冷的应用现状

采用水基冷却液的单相冷板式液冷系统,因原理简单、工作稳定性好,受到数据中心建设方与应用方的广泛青睐。该技术在液冷产业中占比较高,已进入规模化应用阶段,并经过大量实践检验。主流产品包括代纳林PG 25、冰河冷媒LM-4ABGL、DOWFROST LC 25等国内外一线品牌。

三、冷板式液冷系统架构与运行参数

冷板式液冷系统通常由以下部分组成:

  • 室外冷源

  • 一次侧环路

  • CDU(冷却分配单元)

  • 二次侧环路

  • 液冷机柜

运行原理:一次侧环路通过冷却水将CDU中的热量排至室外;二次侧环路通过冷却液将液冷机柜中的热量传递至CDU。一次侧与二次侧的冷却工质在CDU内的换热器中完成热交换。

设计参数建议

  • 供液设计温度:35℃以上

  • 供回液温差:5℃~15℃

相比传统水冷机房空调,液冷系统采用的供回液温度较高,在我国大部分区域可实现全年自然冷却,大幅降低制冷能耗。

四、从紧密耦合到解耦交付:趋势演变

冷板式液冷系统为提升散热效率,在服务器内部集成冷板,这促使制冷系统与服务器设计形成了直接物理关联。

在液冷技术发展初期,为保障产品可靠性并应对不成熟的市场环境,服务器制造商将制冷系统纳入整体设计范畴,使液冷系统与IT设备形成紧密耦合,并采取液冷机柜整机交付的模式。

随着液冷技术逐步成熟,解耦交付正成为新的行业趋势。解耦交付的优势包括:

  • 标准化程度高:液冷系统与IT设备可分别按标准接口设计,兼容性更好;

  • 成本更低:减少定制化开发与整机绑定成本,便于多供应商竞争;

  • 维护灵活:制冷系统与服务器可独立升级或更换,降低运维复杂度。

五、对载冷剂选型的新要求

解耦交付模式下,载冷剂作为二次侧热交换的核心介质,需具备以下特性:

  • 宽温域稳定性:适应不同IT负载波动及自然冷却工况;

  • 材料兼容性:对冷板、管路、密封件等无腐蚀或溶胀;

  • 低粘度、高导热:提升换热效率,降低泵送能耗;

  • 安全环保:无毒、不易燃、低挥发,满足数据中心长期运行要求。

冰河冷媒LM-4ABGL为代表的乙二醇型或丙二醇型载冷剂,已在国内多个液冷项目中得到验证,满足解耦设计对标准化、长寿命、低运维成本的综合需求。

液冷技术是应对智算时代高密散热的核心路径,而冷板式液冷因其成熟度与稳定性,正处于规模化推广阶段。从紧密耦合的整机交付向解耦交付演进,有助于降低数据中心建设成本、提升系统灵活性与标准化水平。与之配套的载冷剂选型亦需适应这一趋势,为液冷系统的长期可靠运行提供保障。