数据中心液冷技术并非通用的标准化解决方案，而是一套可根据不同功率密度、预算及基础设施需求定制化适配的液冷技术体系。随着数据中心亟需应对人工智能、高性能计算及高密度计算硬件带来的散热负荷持续攀升问题，一套高性能的液冷系统正变得愈发不可或缺。
美国正常运行时间研究所（Uptime Institute）的 2024 年冷却系统调查发现，水冷冷板是最广泛采用的直接液体冷却技术，但浸入式和两相系统正迅速获得超高密度人工智能和高性能计算部署的青睐，这证明正确的液体冷却系统可以重新定义效率和可扩展性。以下是对最具影响力的液冷技术、其工程原理、理想用例以及如何集成到强大的液冷系统中的全面介绍。.
1.冷板液体冷却
作为最实用、应用最广泛的液体冷却技术之一，冷板液体冷却技术是现代数据中心液体冷却系统的基础直接液体冷却解决方案。它针对发热组件（CPU、GPU、HBM 内存）采用定制冷板--直接安装在芯片上的金属热交换器，并使用热界面材料 (TIM) 以最大限度地降低热阻。冷却液（通常为去离子水或乙二醇混合物）流经冷板中的微通道，吸收热量并将其带入集中式热交换器（CDU：冷却液分配单元）进行冷却和再循环，从而形成一个闭环液体冷却系统，在性能和成本之间取得平衡，适用于各种数据中心部署。.
冷板液体冷却系统的主要进展
- 垂直供电： 一种改变游戏规则的设计，可将电源模块直接安装在处理器的上方/下方，最大限度地减少了电源传输网络 (PDN) 的损耗，并与 Cold Plate Liquid Cooling 的低剖面冷板结构相辅相成。VPD 消除了空气冷却所需的横向 DC/DC 转换器位置，实现了更灵活的电路板设计和更高的元件密度，同时提高了液体冷却系统的整体效率和适应性。.
- 微对流冷却 以精确瞄准芯片热点的小型液体喷射阵列取代传统的微通道冷板。这种先进的液体冷却技术比传统的微通道设计热阻更低，避免了压降问题，对热流密度超过 500W/cm² 的高功率 AI 芯片（如英伟达 GB200/GB300）来说更加有效，因此是以 AI 为中心的数据中心中高性能液体冷却系统设置的关键升级。.
- 两相冷板冷却： 对于超高功率组件，碳氟化合物冷却剂可实现两相冷板液体冷却，这是一种尖端的液体冷却技术，可利用蒸发潜热吸收比单相水冷多 100 倍的热量。虽然前期成本较高，但碳氟化合物冷却剂不导电，泄漏时损害较小，是关键任务人工智能集群和弹性液体冷却系统部署的理想选择。.
理想用途
中高密度数据中心、人工智能培训集群以及现有风冷基础设施的改造--冷板液冷技术只需对硬件进行最小程度的改动，并兼顾性能与成本效益，因此成为大多数液冷系统配置的多功能选择，并得到广泛采用。.
2.浸入式液体冷却
浸入式冷却是一种创新的液体冷却技术，通过将整个服务器机架或组件完全浸入不导电的介质液体中，将液体冷却系统提升到一个新的水平，完全不需要冷板、风扇或散热片。热量从每个组件直接传递到液体中，然后通过热交换器或冷凝器进行冷却，从而实现近乎完美的热均匀性，并尽可能降低液体冷却系统的 PUE 分数。这种液体冷却技术为要求最苛刻的数据中心环境，尤其是超高密度人工智能和高性能计算设施，重新定义了可持续性和性能。.
浸入式冷却分为两类，分别适用于不同的液体冷却系统需求：
- 单相浸泡： 介电液（矿物油、硅基冷却液）在水箱中循环而不发生相变，具有高效率和低维护的特点。它是最广泛采用的浸入式液体冷却技术，广泛部署于超大规模和边缘数据中心，在这些中心，可靠、低成本的液体冷却系统是重中之重。.
- 两相浸泡： 低沸点碳氟化合物冷却剂在 40-50°C 下沸腾，通过汽化潜热吸收大量热量。蒸气上升到冷凝器，冷凝后变回液体，然后回落到水箱中，形成一个被动的无泵循环，从而实现液体冷却系统的最高效率。这种液体冷却技术是超高密度设置的理想选择，在这种设置中，每瓦能效都会直接影响运行成本和可持续发展目标。.
浸入式液体冷却系统的主要考虑因素
虽然浸入式冷却作为一种液体冷却技术可提供无与伦比的效率，但它需要专用的基础设施（密封水箱），并需要解决液体泄漏、环境影响以及可能影响高频信号的杂散电容（来自高介电流体）等问题。新型硅基介电流体正在解决这些问题：它们无毒、成本低，对电气性能的影响极小--在人工智能数据中心的商业部署中，每个机架的功率达到了 210kW，从而巩固了浸入式冷却作为下一代绿色计算的领先液冷系统解决方案的地位。.
理想用途
超高密度人工智能/高性能计算集群（每个机架 85-210 千瓦）、超级计算中心以及以净零排放为重点的绿色数据中心--浸没式冷却是实现可持续性和峰值性能的黄金标准液冷技术，是面向未来的高功率数据中心基础设施的理想液冷系统。.
3.液体-空气混合冷却
对于混合功率密度的数据中心（例如，低功耗存储服务器和高功率人工智能计算），混合液气冷却将用于热组件（CPU/GPU）的冷板液冷技术与用于低热硬件（存储、网络）的空气冷却技术相结合。这种方法兼顾了效率和成本，既避免了全液体冷却系统的前期投资，又消除了纯空气冷却的热点和能源浪费，是一种实用、灵活的液体冷却技术，适用于多样化和混合使用的数据中心环境。.
混合系统尤其受主机代管设施的欢迎，因为这些设施的租户有不同的冷却需求--它们允许运营商提供分层冷却解决方案，而无需对基础设施进行全面检修。通过仅在热负荷需要的地方集成 Cold Plate 液态冷却技术，混合系统可创建一个定制的液冷系统，以适应不断变化的工作负载、功率密度和预算限制，从而优化性能和运营成本。.
为什么选择液体冷却系统？
随着数据中心不断发展以满足人工智能、高性能计算和云计算的需求，液体冷却技术和液体冷却系统解决方案将继续成为高效、可靠的数据中心运营的支柱。.
从冷板液体冷却的实用多功能性到浸入式冷却的无与伦比的效率，以及混合系统的适应灵活性，每种液体冷却技术都提供了管理热负荷的独特方法--确保数据中心能够无缝扩展、降低能耗并保持最佳性能。.
根据特定的功率密度和基础设施要求，投资定制的液体冷却系统，是建立可持续发展的高性能数据中心，在下一代计算时代茁壮成长的关键所在。.
