百科：液冷技術

隨著信息技術的迅猛發展，數據中心作為數據處理和存儲的核心設施，其散熱和能效問題日益凸顯。傳統的風冷技術難以滿足數據中心高熱密度、高能效的需求。液冷技術作為一種創新的散熱方案，正逐漸受到業界的關注和青睞。

不同制冷技術PUE對比

液冷技術采用液體替代空氣作為冷卻介質，將液體直接或間接接觸發熱器件，可使散熱效率大幅提升，能夠有效滿足單點、整機柜、機房的高散熱需求。根據熱器件是否與冷卻液接觸，液冷技術可以分為直接式液冷技術和間接式液冷技術。

直接式液冷技術

直接式液冷技術通過電子設備與冷卻液直接接觸進行熱交換，快速導出設備產生的熱量，其優點在于高傳熱效率和低能耗。直接式液冷技術分為浸沒式液冷技術和噴淋式液冷技術，浸沒式液冷根據冷卻液的性質又可分為單相液冷和兩相液冷。

（1）單相浸沒式液冷技術

單相浸沒式液冷技術是利用冷卻液的比熱容吸收熱量，主要優點是換熱效率高、結構簡單，不會產生冷卻液的逸散，對設備的密封性能要求低。單相浸沒式液冷技術通常使用高沸點的冷卻液，這類冷卻液不發生相變，同時需要具有高絕緣、低黏度以及良好的兼容特性，例如氟碳化合物和碳氫化合物（礦物油、合成油等）。

單相浸沒式液冷系統架構（臥式）

（2）兩相浸沒式液冷技術

兩相浸沒式液冷技術是利用冷卻介質的沸騰相變潛熱帶走熱量，當達到冷卻介質的沸點時，在服務器表面發生沸騰相變帶走熱量，沸騰產生的蒸汽到達冷凝端完成冷凝，經過循環管路回到蒸發端。常用的冷卻介質為低沸點、高潛熱的氟化液。兩相浸沒液冷兼具高節能、高散熱的技術優勢，可同時滿足高功率芯片的散熱需求。

兩相浸沒式液冷系統架構（立式）

（3）噴淋式液冷技術

噴淋式液冷技術是在機箱頂部儲液和開孔，根據發熱體位置和發熱量大小不同，讓冷卻液對發熱體進行噴淋降溫。相比于浸沒式液冷，噴淋式液冷的每臺服務器獨立化液冷設計，不需要改變現有的機架式服務器部署形態。噴淋式液冷所需的冷卻液總量較少，降低了對建筑承重的要求，目前噴淋式液冷采用較多的冷卻液是硅油、礦物油或植物油等，相比于浸沒式液冷用電子氟化液成本較低。

噴淋式液冷系統架構

間接式液冷技術

間接式液冷主要是冷板式液冷。冷板式液冷系統利用特制的冷板（通常由高導熱金屬如銅、鋁制成一個封閉腔體）作為熱量傳遞的媒介，間接地將電子元件產生的熱量傳遞給冷卻液，在循環泵作用下熱量被冷卻液轉移到外界散熱裝置并進一步冷卻，這種設計有效實現了熱量的高效傳導和散熱。在整個冷卻過程中，液冷冷板作為將服務器內熱量傳遞到冷卻液中的主要部件，在保證液體不直接接觸服務器設備并安全運行的同時，通過不同類型的鏟齒結構將主要散熱部件的熱量傳遞到液體中，并通過機房內二次管路返回至CDU中。CDU作為高溫液體與低溫液體的換熱站，在CDU內循環泵和換熱器等部件的作用下，將低溫液體再輸送回液冷冷板并進行再一次的循環。

冷板式液冷原理示意圖

液冷散熱技術與傳統風冷方式相比，展現出卓越的散熱優勢，主要包括：

（1）傳統風冷散熱面對高功率服務器，其散熱能力已經達到瓶頸。目前，各國都在訓練和研究AI算法及大模型，這離不開高功耗算力芯片服務器的支撐。

（2）傳統風冷散熱依賴冷空氣為數據機房降溫，而液冷散熱則通過冷卻液直接或間接吸收IT設備熱量。由于冷卻液在密度、比熱容和導熱系數上均顯著優于空氣，所以液冷的散熱性能優于風冷。

（3）液冷散熱系統相對于風冷散熱系統，在達到相同的散熱效果時，液冷散熱系統具有低能耗的環保特性，能夠助力國家實現“雙碳”目標。

（4）液冷散熱系統在實現數據機房余熱回收再利用方面比風冷散熱系統更具優勢，并且能夠實現更高效的余熱回收效果以及更多的余熱回收量。

參考來源：
吳丹萍：液冷技術在數據中心的應用分析
蔣紹輝等：數據中心液冷技術的應用研究進展
郭銀杰等：數據中心冷卻技術發展綜述
嚴勁等：數據中心液冷散熱技術及應用