随着数字化转型的加速，数据中心作为信息社会的基础设施，其重要性日益凸显。然而，传统风冷技术在散热效率和能耗控制方面已逐渐无法满足现代数据中心的需求，尤其是在人工智能和高性能计算（HPC）领域。随着生成式AI、大模型等技术的飞速发展，数据中心对于算力的需求越来越高。据中国信通院数据显示，截至2024年6月，我国在用算力中心超过830万标准机架，算力规模达到246EFLOPS(FP32)，智算同比增速超过65%。在如此高算力的需求下，数据中心的整机密度也在不断提高，传统风冷技术的局限性愈发明显。
液冷技术的出现，为数据中心的散热问题提供了新的解决方案。液冷技术通过直接或间接接触冷却液的方式，能够高效地传导和散发热量，显著提升数据中心的能效和稳定性。液冷技术的散热介质比热容更大，制冷量大，制冷效率高，更适用于大规模、高密度、高功耗的数据中心。
液冷技术的类型与优势
冷板式液冷
冷板式液冷技术通过将冷却液导入冷板，与发热元件间接接触，避免了液体与电子元件的直接接触，降低了漏液风险，同时具备较高的技术成熟度和建设维护便利性。冷板式液冷是将冷却液直接导入冷板，冷板与GPU直接接触，以带走热量的散热方法。在冷板中，冷却液通过内部的冷却通道流动，与热源表面发生热交换，吸收热量。冷却液流向冷却塔或热交换器，将热量释放到环境中或带到远端，再重新循环至冷板。冷板式液冷技术凭借易于部署、成本低、散热效果佳、易于维护等优势，将成为未来数据中心的主要散热方式。
浸没式液冷
浸没式液冷则通过将设备完全浸没在绝缘冷却液中，实现更高效的散热效果，适用于超高密度和高功率设备。浸没式液冷利用3M氟化液等介质的单相浸没方案可支持100kW/机柜散热，PUE（能效比）降至1.05以下。目前，谷歌已在其俄克拉何马州数据中心部署全浸没机架，散热能耗降低90%。浸没式液冷技术在高功率密度的数据中心中得到更成熟的应用，喷射冷却、微通道液冷等创新技术也在特定应用中试点，推动液冷散热的多样化。
液冷技术不仅在散热效率上具有显著优势，还具有环境友好性。液冷技术降低了数据中心的噪音污染，适合对工作环境有较高要求的办公场所。此外，液冷技术还支持热能再利用。例如，废热可用于加热建筑物或工业过程，降低碳足迹。这在追求可持续发展的数据中心中尤为重要。
液冷技术的市场规模与发展趋势
近年来，液冷市场规模呈现出快速增长的态势。根据相关统计，2022年至2027年，数据中心基础设施收入的复合年增长率（CAGR）有望保持在8%左右，预计到2027年市场规模将超过350亿美元。其中，液冷技术的应用比例正在逐步提升，尤其是在高性能计算和人工智能领域，液冷服务器的市场需求尤为突出。数据显示，中国液冷服务器市场规模在2024年上半年已达到12.6亿美元，同比增长98.3%，预计到2028年市场规模将增至102亿美元。
液冷技术的未来发展将围绕智能化、绿色化和标准化展开。随着人工智能和物联网技术的不断进步，液冷系统将具备更强的智能化管理能力，能够实时监测和调整散热效率，进一步降低能耗。同时，液冷技术的绿色化发展也将成为趋势，通过优化冷却液的环保性能和提升系统的能源利用效率，液冷技术将在数据中心的低碳转型中发挥重要作用。
液冷技术的应用场景
液冷技术的应用场景不断拓展。从早期的高性能计算和实验室设备，到如今的大规模数据中心、5G基站和云计算平台，液冷技术正逐渐成为现代数据中心不可或缺的一部分。例如，Facebook的Luleå数据中心（PUE1.09）和Google的Hamina数据中心（PUE1.10）采用液冷技术，达到行业领先效率。随着技术的不断成熟和成本的降低，液冷技术有望在未来几年内实现更广泛的商业化应用，为数据中心行业带来更高的能效和更低的运营成本。
液冷技术面临的挑战
尽管液冷技术具有诸多优势，但其发展也面临着一些挑战。首先，液冷技术的研发和应用成本相对较高，尤其是在初期建设和维护方面，需要企业投入大量的资金和资源。其次，液冷技术的标准化进程仍在推进中，不同厂商之间的技术标准和接口尚未完全统一，这在一定程度上限制了液冷技术的广泛应用。此外，液冷技术的安全性和可靠性也需要进一步验证，尤其是在大规模数据中心的应用场景中，如何确保液冷系统的长期稳定运行是一个亟待解决的问题。
液冷技术的未来展望
尽管面临诸多挑战，液冷技术凭借其在散热效率和能效提升方面的显著优势，仍将是未来数据中心制冷领域的主流选择。随着技术的不断成熟和成本的降低，液冷技术有望在全球范围内实现更广泛的商业化应用，为数据中心行业的可持续发展提供有力支持。未来，液冷技术可能会向自适应智能化冷却方向发展，通过物联网和人工智能技术实现实时的温度监控和动态调整。冷板式液冷在大型数据中心和云计算领域继续普及；浸没式液冷预计在高功率应用中逐渐被采用；新型智能化液冷技术将有助于推动数据中心和计算系统向绿色环保方向发展。
总之，液冷技术作为一项高效、绿色的散热技术，将在未来的数据中心中发挥重要作用。它不仅能够满足数据中心日益增长的散热需求，还能帮助企业实现节能减排的目标，推动数据中心行业的可持续发展。
