隨著數(shù)字化轉型的加速，數(shù)據(jù)中心作為信息社會的基礎設施，其重要性日益凸顯。然而，傳統(tǒng)風冷技術在散熱效率和能耗控制方面已逐漸無法滿足現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的需求，尤其是在人工智能和高性能計算（HPC）領域。隨著生成式AI、大模型等技術的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心對于算力的需求越來越高。據(jù)中國信通院數(shù)據(jù)顯示，截至2024年6月，我國在用算力中心超過830萬標準機架，算力規(guī)模達到246EFLOPS(FP32)，智算同比增速超過65%。在如此高算力的需求下，數(shù)據(jù)中心的整機密度也在不斷提高，傳統(tǒng)風冷技術的局限性愈發(fā)明顯。
液冷技術的出現(xiàn)，為數(shù)據(jù)中心的散熱問題提供了新的解決方案。液冷技術通過直接或間接接觸冷卻液的方式，能夠高效地傳導和散發(fā)熱量，顯著提升數(shù)據(jù)中心的能效和穩(wěn)定性。液冷技術的散熱介質(zhì)比熱容更大，制冷量大，制冷效率高，更適用于大規(guī)模、高密度、高功耗的數(shù)據(jù)中心。
液冷技術的類型與優(yōu)勢
冷板式液冷
冷板式液冷技術通過將冷卻液導入冷板，與發(fā)熱元件間接接觸，避免了液體與電子元件的直接接觸，降低了漏液風險，同時具備較高的技術成熟度和建設維護便利性。冷板式液冷是將冷卻液直接導入冷板，冷板與GPU直接接觸，以帶走熱量的散熱方法。在冷板中，冷卻液通過內(nèi)部的冷卻通道流動，與熱源表面發(fā)生熱交換，吸收熱量。冷卻液流向冷卻塔或熱交換器，將熱量釋放到環(huán)境中或帶到遠端，再重新循環(huán)至冷板。冷板式液冷技術憑借易于部署、成本低、散熱效果佳、易于維護等優(yōu)勢，將成為未來數(shù)據(jù)中心的主要散熱方式。
浸沒式液冷
浸沒式液冷則通過將設備完全浸沒在絕緣冷卻液中，實現(xiàn)更高效的散熱效果，適用于超高密度和高功率設備。浸沒式液冷利用3M氟化液等介質(zhì)的單相浸沒方案可支持100kW/機柜散熱，PUE（能效比）降至1.05以下。目前，谷歌已在其俄克拉何馬州數(shù)據(jù)中心部署全浸沒機架，散熱能耗降低90%。浸沒式液冷技術在高功率密度的數(shù)據(jù)中心中得到更成熟的應用，噴射冷卻、微通道液冷等創(chuàng)新技術也在特定應用中試點，推動液冷散熱的多樣化。
液冷技術不僅在散熱效率上具有顯著優(yōu)勢，還具有環(huán)境友好性。液冷技術降低了數(shù)據(jù)中心的噪音污染，適合對工作環(huán)境有較高要求的辦公場所。此外，液冷技術還支持熱能再利用。例如，廢熱可用于加熱建筑物或工業(yè)過程，降低碳足跡。這在追求可持續(xù)發(fā)展的數(shù)據(jù)中心中尤為重要。
液冷技術的市場規(guī)模與發(fā)展趨勢
近年來，液冷市場規(guī)模呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢。根據(jù)相關統(tǒng)計，2022年至2027年，數(shù)據(jù)中心基礎設施收入的復合年增長率（CAGR）有望保持在8%左右，預計到2027年市場規(guī)模將超過350億美元。其中，液冷技術的應用比例正在逐步提升，尤其是在高性能計算和人工智能領域，液冷服務器的市場需求尤為突出。數(shù)據(jù)顯示，中國液冷服務器市場規(guī)模在2024年上半年已達到12.6億美元，同比增長98.3%，預計到2028年市場規(guī)模將增至102億美元。
液冷技術的未來發(fā)展將圍繞智能化、綠色化和標準化展開。隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷進步，液冷系統(tǒng)將具備更強的智能化管理能力，能夠?qū)崟r監(jiān)測和調(diào)整散熱效率，進一步降低能耗。同時，液冷技術的綠色化發(fā)展也將成為趨勢，通過優(yōu)化冷卻液的環(huán)保性能和提升系統(tǒng)的能源利用效率，液冷技術將在數(shù)據(jù)中心的低碳轉型中發(fā)揮重要作用。
液冷技術的應用場景
液冷技術的應用場景不斷拓展。從早期的高性能計算和實驗室設備，到如今的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、5G基站和云計算平臺，液冷技術正逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心不可或缺的一部分。例如，F(xiàn)acebook的Lule?數(shù)據(jù)中心（PUE1.09）和Google的Hamina數(shù)據(jù)中心（PUE1.10）采用液冷技術，達到行業(yè)領先效率。隨著技術的不斷成熟和成本的降低，液冷技術有望在未來幾年內(nèi)實現(xiàn)更廣泛的商業(yè)化應用，為數(shù)據(jù)中心行業(yè)帶來更高的能效和更低的運營成本。
液冷技術面臨的挑戰(zhàn)
盡管液冷技術具有諸多優(yōu)勢，但其發(fā)展也面臨著一些挑戰(zhàn)。首先，液冷技術的研發(fā)和應用成本相對較高，尤其是在初期建設和維護方面，需要企業(yè)投入大量的資金和資源。其次，液冷技術的標準化進程仍在推進中，不同廠商之間的技術標準和接口尚未完全統(tǒng)一，這在一定程度上限制了液冷技術的廣泛應用。此外，液冷技術的安全性和可靠性也需要進一步驗證，尤其是在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的應用場景中，如何確保液冷系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行是一個亟待解決的問題。
液冷技術的未來展望
盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，液冷技術憑借其在散熱效率和能效提升方面的顯著優(yōu)勢，仍將是未來數(shù)據(jù)中心制冷領域的主流選擇。隨著技術的不斷成熟和成本的降低，液冷技術有望在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)更廣泛的商業(yè)化應用，為數(shù)據(jù)中心行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。未來，液冷技術可能會向自適應智能化冷卻方向發(fā)展，通過物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術實現(xiàn)實時的溫度監(jiān)控和動態(tài)調(diào)整。冷板式液冷在大型數(shù)據(jù)中心和云計算領域繼續(xù)普及；浸沒式液冷預計在高功率應用中逐漸被采用；新型智能化液冷技術將有助于推動數(shù)據(jù)中心和計算系統(tǒng)向綠色環(huán)保方向發(fā)展。
總之，液冷技術作為一項高效、綠色的散熱技術，將在未來的數(shù)據(jù)中心中發(fā)揮重要作用。它不僅能夠滿足數(shù)據(jù)中心日益增長的散熱需求，還能幫助企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的目標，推動數(shù)據(jù)中心行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
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