液冷重塑AI服務器電源？對材料器件有何要求

隨著AI服務器功率密度持續攀升，傳統風冷方案正逐步逼近極限。單機柜功率從過去的二三十千瓦，快速躍升至如今的幾百千瓦，對散熱提出了極致要求。高熱流密度使散熱系統成為制約服務器性能釋放的關鍵瓶頸。在這一背景下，液冷散熱不再只是“可選技術”，液冷散熱正逐步演變為高性能服務器的基礎能力。

與風冷相比，液冷散熱帶來的不僅是散熱方式的升級，更是在系統層面引發一系列連鎖反應：電源結構向更高電壓等級演進，磁性元件走向高度集成和平面化，灌封膠和導熱材料被推向可靠性與極限性能的雙重考驗。從冷板式液冷散熱到浸沒式液冷散熱，從12V到48V，液冷散熱正在重塑服務器電源散熱設計的底層邏輯。

本文圍繞液冷散熱技術路徑之爭、電源架構調整、磁性器件和材料革新以及膠粘劑性能挑戰等多維度展開，結合多位行業專家觀點，梳理液冷散熱浪潮下的關鍵技術變局。

以下為文章導覽：

一、液冷散熱的分類及對電源架構的影響

二、液冷散熱對器件、材料提出的要求及廠商的解決措施

三、液冷散熱對膠材提出的要求及廠商的解決方案

一、液冷散熱的分類及對電源架構的影響

1、您認為哪種液冷散熱技術(冷板式液冷散熱/浸沒式液冷散熱)會率先成為主流?

金升陽 劉富興：目前液冷散熱技術領域預計將呈現兩種主流技術并存的格局，但從短期發展來看，冷板式液冷散熱技術的應用推廣速度會更快一些。

兩種液冷散熱技術各有優勢，具體取決于應用場景。冷板式液冷散熱在改造成本和系統兼容性方面具有明顯優勢，尤其在對現有服務器電源散熱進行改造時，無需對基礎設施架構進行大規模調整即可實施，這使得服務器電源散熱應用門檻相對較低。

相比之下，浸沒式液冷散熱由于需要將設備直接浸入冷卻液中，對元器件的封裝工藝和要求更高，整體實施成本也較高，且當前浸沒式液冷散熱技術成熟度相對較低，因此推廣進度較為緩慢。

浸沒式液冷散熱的主要優勢在于其散熱效率。冷板式液冷屬于間接導熱方式，散熱效果有一定局限;而浸沒式液冷散熱通過冷卻液與元器件表面直接接觸，能夠實現更高效的熱量傳遞，因此浸沒式液冷散熱在散熱性能方面顯著優于冷板式液冷散熱技術。

浸沒式液冷電源 圖/歐陸通

2、在液冷散熱系統中，服務器的供電架構正在發生哪些關鍵變化?

楊玉崗教授：服務器電源為了加大功率，其物理形態正朝著長度增加的方向發展，而寬度和高度保持不變，采用類似抽屜式的模塊化設計。功率等級從過去的500W不斷提升，現已達到1000多瓦、2000多瓦，甚至4500W，未來可能邁向10至11kW。

在架構類型上，對于服務器而言，分布式電源更為普遍。其供電架構正從傳統的400V轉至12V的方案，向更高效率的800V轉至12V的方案以及48V直接轉換至1V(為CPU/GPU供電)的方向演進，例如直接為英偉達的GPU供電。

目前服務器電源的主流電壓轉換路徑仍多為400V變至12V或6V，再由12V或6V轉至1V。而未來的發展趨勢是采用額定800V轉至12V或6V的方案，以及800V轉至48V(實際工作范圍在40V至60V之間)，再由48V直接轉換至1V的方案。

在這一趨勢下，系統的電壓變比將更大，集成度將變得更高。一個重要的技術方向是本團隊正在研究的高電壓變比低繞組匝比平面變壓器方案，適應高電壓變比的平面PCB變壓器和平面偏線變壓器;

另一個重要的技術方向是南航吳紅飛教授團隊等研究的“異質集成”方案，即將有源器件(如硅基芯片)和無源器件(如磁性材料)在物理上進行深度融合。

具體實現方式包括將開關器件(如第三代半導體氮化鎵)嵌入到變壓器的窗口內部。這種集成方式能有效減小漏感和線路長度，從而降低雜散參數和開關損耗，最終顯著提升電源的效率。

NVIDIA Grace CPU C1 圖/英偉達

金升陽 劉富興：目前主流采用的是12V集中式供電架構，但隨著AI計算等高性能應用場景的普及，芯片功耗和單機柜功率密度持續提升，12V架構在傳輸鏈路中的損耗問題日益凸顯。因此，供電架構正逐步向48V架構轉型。

這種轉型并非全面替代，而是根據實際功耗需求而定。對于通用服務器，單臺功耗在幾百瓦至一千多瓦水平時，12V架構仍能保持較好能效;而當單機柜或單機架功率達到數kW級別時，48V架構在降低傳輸損耗方面的優勢更加明顯，將成為高功率密度場景的更優選擇。

從技術層面看，12V供電采用單級電壓轉換，可直接轉換為CPU所需的1V電壓或其他外圍設備所需電壓。而48V供電目前多采用兩級轉換方案，即先將48V轉換為12V或6V中間電壓，再進一步轉換為負載所需的最終電壓。雖然業界正在研發48V直接轉換為1V的技術，但當前在能效表現上仍不及成熟的兩級轉換方案。

在轉換效率方面，兩級轉換通過分壓處理，每一級的轉換效率都相對較高。而采用一級直接轉換時，由于電壓跨度大，磁性元件和功率器件需要承受更大的電流應力，導致元件損耗增加，對元器件性能也提出了更高要求。

關于未來供電架構的發展方向，集中式與分布式將根據應用規模并行發展。對于AI訓練、推理等算力需求大、功率密度高的場景，48V集中式供電憑借其低損耗優勢將成為必然選擇。而對于功率需求較小的應用場景，考慮到兩級轉換帶來的成本增加，繼續采用12V架構仍是更經濟實用的方案。

Hopper GPU 架構 圖/英偉達

CPU/GPU供電用傳統片式電感 圖/東睦科達

二、液冷散熱對器件、材料提出的要求及廠商的解決措施

1、液冷散熱方式對磁性材料、磁性元器件提出了哪些要求或者全新的挑戰?

楊玉崗教授：液冷技術的應用推動了電源磁性元件設計向集成化、平面化和小型化方向發展。由于液冷散熱效率遠高于風冷，且系統功率密度需求不斷提升(例如同體積機箱從40kW提升至60–80kW)，磁性元件必須更加緊湊。傳統風冷系統中，變壓器與電感多為獨立元件;如今則趨向高度集成，例如將多個變壓器與電感集成于一體。

高度集成對服務器電源散熱提出了更高要求。采用平板化設計可縮短導熱路徑，增強服務器電源散熱效果。元件底部可設計為類冷板結構，將熱量傳導至服務器電源散熱器，必要時通過液冷系統帶走。

杭州鉑科電子 丁毅：液冷散熱對磁性元器件帶來的挑戰主要體現在結構設計和材料防腐兩方面。風冷需要通過空氣流動進行散熱，因此器件設計需留出風道;而液冷散熱則不需要空氣流通，要求結構更緊湊、填充更實，以實現熱量通過物體或液體傳導的方式散熱，這對服務器電源散熱設計結構帶來顛覆性變化。

此外，浸沒式液冷散熱的器件需浸泡在油或其他液體中，這些液體可能具有一定的腐蝕性，因此浸沒式液冷散熱對材料的防腐性能提出更高要求。公司在開發此類電源時，會對所有材料進行提前的浸泡實驗，以確保其在液體環境中的穩定性和可靠性。

非浸沒式液冷的基礎材料與現有磁性器件相同，需要對絕緣材料導熱率做要求。而浸沒式液冷則要求材料更耐腐蝕、在油中不脫落。標簽改用激光印字，膠帶、塑膠等也需滿足防腐蝕要求。

液冷散熱工藝上主要是配合電源廠商設計，液冷散熱的材料核心在于穩定性——防腐。國內廠商只要能提供符合油品要求的材料，并通過前期液冷實驗驗證即可選用。

體積內實現低損耗、高導熱、耐油蝕，誰就拿到液冷 AI 服務器電源散熱的入場券。

AI服務器電源產品內部圖 圖/充電頭網

東睦科達 汪建國：液冷散熱對材料的挑戰：

目前，在液冷散熱系統應用中，磁性元器件大部分需要采用灌膠工藝。這對其所使用的膠水提出了較高要求，進而對磁性材料本身也帶來了新的挑戰。

液冷散熱變化的核心在于對器件可靠性的考量。在灌膠過程中以及器件后續工作時，會產生高溫。

灌封膠在高溫下會產生內應力，這就要求磁性元件必須具備足夠的機械強度以抵抗該應力，確保性能達標。液冷散熱與傳統風冷方案無需灌膠、因而無此應力困擾的情況形成了鮮明對比。

應用于AI服務器電源散熱的鐵鎳磁芯 圖/東睦科達

液冷散熱對磁性元器件的挑戰：

為適配冷板式液冷散熱，磁性元件外形正從傳統風冷所需的高厚形態轉向扁平化設計，以使磁芯更緊密貼合冷板，提升導熱效率。過高磁芯將阻礙熱量傳導。

這一趨勢要求制造商優化磁芯結構以匹配服務器電源散熱路徑。但在核心粉末材料上，液冷散熱與風冷散熱并無本質變化，性能優異的磁性粉末仍以球形顆粒為主，選材主要取決于工作頻率。變化主要體現在由服務器電源散熱驅動的磁芯形狀上，其制造工藝保持穩定。

在液冷散熱系統開發中，器件供應商主要配合整機廠商的散熱布局提供支持，如底部散熱或立體散熱方案。立體散熱突破傳統底部平面散熱限制，通過三維冷卻水道(如在灌膠模塊中為高熱部件開設側槽)直接冷卻熱點區域，從而提升服務器電源散熱效率。

從材料角度看，該液冷散熱方案并無本質難點，核心挑戰在于磁器件結構需緊密貼合服務器電源散熱板布局(無論水平或垂直方向)，以實現高效熱傳導。因此，液冷技術的關鍵始終在于構建最優熱傳導路徑。

金升陽 劉富興：冷板式液冷散熱與風冷散熱類似，磁性元件均為單側散熱，兩面存在溫差，冷板液冷散熱對元件要求差異不大。

相比之下，浸沒式液冷對磁性材料影響更顯著。器件整體浸入液冷的冷卻液中，會頻繁經歷冷熱沖擊——例如在氣相浸沒中，局部液體的汽化與冷凝會使磁芯處于持續的溫度循環中，因此材料需具備更強的抗冷熱沖擊能力。

耐溫方面，傳統電源磁性材料耐溫約200℃，而浸沒式液冷散熱常對應更高功率密度與受限體積，要求材料在單位體積損耗更低的同時，居里溫度更高。此外，材料最好具有軟飽和特性，即感量隨電流增加平緩變化，避免在高電流與高溫下性能驟降。

綜上，浸沒式液冷對磁性材料的核心要求可歸納為：抗冷熱沖擊能力更強、耐溫更高、單位損耗更低、居里溫度更高，并具備軟飽和特性。

2、為了更好地將磁元件的熱量導出，您更傾向于磁元件廠商提供怎樣的解決方案?

金升陽 劉富興：在服務器電源散熱方向，金升陽目前已完成鉑金級服務器電源的全面布局，并同步推進鈦金級服務器電源的研發工作?，F階段正在開發的鈦金級機型規劃功率約為 3200W，同時公司也在進行電源架的預研工作。

在技術方案上，金升陽已采用全國產化方案，未來服務器電源的主要發展方向也將圍繞“鈦金化”以及“方案國產化”兩條路線推進。上述產品和技術規劃均面向 AI 服務器等高性能計算領域的需求。

350-2400W服務器電源 圖/金升陽

為提升服務器電源散熱效率，磁性器件的選材需充分考慮與液冷冷卻液的接觸面積。接觸面積越大，熱量導出效果越好。在此基礎上，若能在磁芯內部設計冷卻液通道(如導流槽或中空結構)，使冷卻液直接流過磁芯內部帶走熱量，可顯著減小內外溫差，從而更有效地控制整體溫度。

這一方法突破了傳統的“表面換熱”路徑，即熱量從磁芯內部傳導至表面，再經風冷散熱或液冷散熱交換，實現了“內部換熱”，理論上可進一步提升熱管理效率。但此類液冷散熱結構需與磁設計部門聯合驗證。由于開孔或導流槽會減少材料有效截面積，并可能引起磁通密度變化或局部飽和風險，因此通常作為定制方案，需由磁件廠商與整機企業協同設計服務器電源散熱方案。

目前行業中定制化磁元件應用較多，而具備內部液冷通道的結構尚未大規模采用。

3、整機廠商要求磁芯居里溫度>200℃。貴公司的材料在高溫下的損耗性能如何?如何確保在高環境溫度下，磁性能不會發生劇烈衰減?

國石磁業 商燕彬：國石功率材料居里溫度均在220℃以上，滿足“>200℃”門檻;高溫性能按損耗曲線分級——95材可用到120℃，96材140℃，97材已拓寬至160℃，且同條件下功率損耗逐代下降：原來95材100℃下損耗水平350-370kW/m3就可以了，現在要做到300kW/m3。

4、液冷散熱中直接接觸液冷卻液對材料的耐腐蝕性和抗熱沖擊性提出了極高要求。貴公司的材料如何保證在長期液冷環境中運行的可靠性?有哪些具體的液冷測試數據和案例可以分享?

國石磁業 商燕彬：已有客戶對服務器電源散熱提出耐腐蝕與抗熱沖擊要求，服務器電源散熱常規把磁芯送第三方做冷熱沖擊和鹽霧試驗;磁芯本身受力不大，數據尚缺，但后續標準會趨嚴。公司計劃通過在晶界摻雜耐腐蝕金屬氧化物開發新材，目前仍在試驗階段，最終液冷散熱方案需與器件廠聯合驗證，單靠材料升級未必能一次到位。

液冷環境下功率波動大，磁芯需承受頻繁高低溫循環，關鍵是在溫度劇變中保持韌性，避免因磁致伸縮和熱脹冷縮導致脆性斷裂;磁特性本身隨溫度變化基本固定，因此長期可靠性重點是提高材料韌性，防止開裂，這也是服務器電源散熱行業持續研究和開發的方向。

目前行業內尚未取得“永不開裂”的突破，磁芯仍保持固有的脆性。國石通過常規機械強度測試掌握基線數據，并依據客戶使用方式調整可靠性方案：對全灌導熱硅膠的封裝可利用膠體支撐降低破裂風險;對直接點黑膠或裸繞工藝，則在尺寸設計上預留更大變形余量。

材料端雖已嘗試添加不同金屬氧化物等增韌手段，但成本增幅明顯，低成本、可量產的韌性提升方案仍在尋找中，后續標準提升將與終端需求同步推進。

編者按：針對磁芯開裂問題，楊玉崗教授分享了兩種解決方案：一是采用拼接技術，例如鉑科公司將磁軛與磁柱等部件分割后重新組合;二是通過并聯多副磁芯(如兩副EE70或EE65規格)實現擴容。

CPU/GPU供電用銅鐵共燒一體電感 圖/東睦科達

5、液冷散熱環境下，磁性材料的導熱率是否還有提升空間?貴公司有無開發高導熱特性的磁性材料?

國石磁業 商燕彬：液冷散熱并不是把磁件直接浸水——水會導電，風險高;實際做法是在磁芯中柱留孔，插入中空銅管，管內循環冷卻液把熱帶走，或者外表貼銅板再灌導熱硅膠，熱量先傳到金屬再由外部液冷板帶走。

材料本體仍是96、97系寬溫低損耗錳鋅鐵氧體，只需把形狀做成帶孔、帶槽的“散熱友好”結構，讓客戶在有限空間里布管、貼銅、灌膠即可，無需更換材料體系。

液冷散熱趨勢下，磁性元件的散熱重點已從“元件自己發熱多少”轉向“能不能把熱快速導走”。磁芯材料自身導熱系數只有~3 W/(m·K)量級，遠低于銅、鋁兩個數量級，再低的損耗也抵不過功率密度翻番帶來的熱量堆積，因此服務器電源散熱設計思路變成：

一是通過散熱把溫度控制在一定范圍內(如120℃附近)，以維持系統效率。當前功率密度高、空間緊湊，風冷散熱已無法滿足服務器電源散熱需求，需借助液冷散熱與導熱界面材料(如導熱硅膠)將熱量快速導出，維持溫度穩定。

二是風冷已無法吹走縮體積后的熱量，磁芯自身導熱系數僅約10?3W級，而銅、鋁達數十上百，材料端再降損耗也補不回數量級差距;如今只能靠導熱硅膠把磁芯外壁與銅板或液冷板貼合，并在形狀上預留導熱平面，把熱量強行導出去。

三是為把熱導出去，磁芯外形被重新“挖孔開槽”：PQ 型中柱原來實心，現在中間留通孔，可插液冷管或嵌銅柱;側壁再開細槽，導熱硅膠灌進去，把熱量從內部帶到外殼，再交給液冷板——各家結構不一，但都在給磁芯“自己做散熱通道”。

三、液冷散熱對膠材提出的要求及廠商的解決方案

1、液冷散熱環境對膠材提出什么樣的要求?

金升陽 劉富興：液冷散熱除磁芯本體設計之外，磁性膠水或灌封膠在液冷系統中也需重點關注。灌封膠固化后雖為固體，但其微觀結構仍具有一定孔隙率。在長期浸泡于冷卻液的液冷情況下，需要評估其是否會受液體滲透或化學作用導致提前老化，影響材料結構穩定性與使用壽命。

因此，在液冷場景下，灌封膠需具備更好的耐液性與長期穩定性。

應用于AI服務器電源的鐵鎳磁芯 圖/東睦科達

2、對AI服務器電源和磁性元器件的液冷散熱需求，佳迪目前推出了哪些核心的液冷膠粘劑產品?

佳迪 吳凱達：隨著AI服務器功率密度提升，液冷系統對膠粘劑提出了高導熱、高絕緣、耐冷媒、抗沖擊等要求。佳迪針對液冷散熱場景，推出了以下核心產品：

3、我們了解到，液冷散熱對灌封膠的密封性和絕緣性要求極高。貴公司的灌封膠如何確保在長期液冷浸泡和冷熱沖擊下，防止冷卻液滲漏?在液冷環境下，粘接強度和柔韌性方面做了哪些優化?

佳迪 吳凱達：佳迪的灌封膠(如JD-705)通過以下技術確保在液冷散熱嚴苛環境下的可靠性。

密封性保障：采用分子級脫低技術與填料級配技術，提升材料致密性，防止冷卻液滲透。 通過老化測試與冷熱循環測試(-40℃~150℃)，驗證其在長期液冷環境下的穩定性。

圖/佳迪

強度與柔韌平衡：JD-705 硬度控制在Shore A 25±10，既保證粘接強度，又具備一定柔韌性，緩解熱應力。JD-355 系列在保持高剪切強度(≥6MPa)的同時，具備良好的抗沖擊與振動性能。

4、佳迪的產品在介電強度、體積電阻率等關鍵指標上達到了怎樣的水平?

佳迪 吳凱達：在高電壓應用中，絕緣性是關鍵。佳迪灌封膠在以下指標上表現優異：

除了基礎性能，佳迪膠粘劑還具備以下“加分特性”：

高導熱性：如JD-260導熱凝膠(6.0 W/m·K)有效降低熱點溫度。

工藝友好性： JD-190系列支持自動化點膠，擠出率高，適合大規模生產。 JD-505系列操作時間可調，適應不同產線節奏。

長期可靠性： 通過TUV、UL94V-0、RoHS等認證，確保在高溫高濕、冷熱沖擊下性能不衰減。

圖/佳迪

5、在開發這些高性能膠水的過程中，佳迪是否與下游的電源企業、磁性元器件企業或整機廠商進行了深度合作?

佳迪 吳凱達：是的，佳迪與多家電源企業、磁性元器件廠商及整機廠深度合作。案例：某頭部服務器電源廠商

需求：開發適用于浸沒式液冷的灌封膠，要求耐冷卻液、高導熱、低粘度。

解決方案：佳迪定制開發JD-705改進型號，優化填料預處理技術，提升導熱至3.5 W/m·K，同時保持低粘度(≤15000 mPa·s)。

成果：客戶在液冷測試中，模塊溫降達15°C，并通過1000小時冷熱沖擊測試，無滲漏、無開裂。

結語：液冷散熱重構材料、器件選型

從冷板液冷到浸沒液冷，從風冷到液冷，AI服務器液冷的技術演進已經進入“系統工程時代”。液冷不只是替代風扇，而是牽動著供電架構、電源拓撲、磁性元件設計乃至膠粘劑選型的全面重構。

可以看到，行業正在同步推進三個液冷散熱方向：更高電壓等級以降低傳輸損耗，更高集成度以壓縮空間體積，更高可靠性以對抗熱沖擊與液體環境帶來的不確定性。在液冷散熱這條路徑上，整機廠、電源廠、磁性材料廠、膠粘劑企業不再是簡單的供應關系，而正在演變為“聯合設計、共同驗證”的協同體。

液冷散熱的終局未定，但可以確定的是：未來服務器液冷散熱的競爭，不僅在芯片，也將在散熱系統、電源系統和材料體系中展開深水區博弈。

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