數(shù)據(jù)中心的下一個勝負(fù)手：跳出AI芯片

“花幾十億元流片，最終或許只能兌現(xiàn)不到六成的理論價值?！边@并非危言聳聽，而是當(dāng)下AI芯片在真實數(shù)據(jù)中心場景中的普遍現(xiàn)實。

當(dāng)生成式AI掀起全球算力競賽，半導(dǎo)體行業(yè)的目光多聚焦于：AI芯片公司又推出了性能多么強悍的新品？臺積電的先進制程是否更進一步？然而一組數(shù)據(jù)，卻進一步揭示了這場行業(yè)狂歡背后的隱形枷鎖：

• 2024年中國數(shù)據(jù)中心總耗電量達(dá)1660億度，相當(dāng)于2個三峽水電站的年發(fā)電量；約占全國總耗電量的1.68%，預(yù)計2030年占比超過5%，2035年占比超過13%。

算力擴張與電力約束的失衡，正在重塑數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的發(fā)展邏輯。

01

電力瓶頸，比芯片更緊迫

近期，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫深入AI芯片及數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)一線走訪調(diào)研，與多位行業(yè)資深從業(yè)者深度交流后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前AI數(shù)據(jù)中心電力消耗居高不下的核心瓶頸，主要有三點。

第一點，正如文章開頭所言，AI芯片的技術(shù)發(fā)展和數(shù)據(jù)中心的實際使用場景脫節(jié)，是當(dāng)前行業(yè)電力消耗居高不下的核心問題之一。當(dāng)前諸多AI芯片研發(fā)走進“拼峰值算力”的誤區(qū)，把算力多少當(dāng)成核心競爭力，卻忽略了數(shù)據(jù)中心里最關(guān)鍵的“算力夠用且省電”的平衡需求。這種失衡主要體現(xiàn)在兩方面：

其一，芯片設(shè)計和實際任務(wù)對不上。主流AI芯片的核心架構(gòu)，更適合高密度的并行計算，但大模型訓(xùn)練時經(jīng)常出現(xiàn)“稀疏計算”的情況，兩者天然不匹配——很多芯片算力閑著不用，電卻照耗不誤，形成了“無效耗電”的死循環(huán)。其二，應(yīng)對復(fù)雜任務(wù)的靈活性不足。隨著多模態(tài)大模型（既能處理文字、又能處理圖片視頻）的普及，數(shù)據(jù)中心常要同時處理視頻編輯、寫文案、圖像識別等多種任務(wù)，但現(xiàn)有芯片切換這些任務(wù)時效率很低，不僅慢，還會額外消耗更多電力。

第二點，如果說“芯片和場景對不上”是能耗高的“先天設(shè)計問題”，那算力需求暴增帶來的電力消耗疊加，就是把數(shù)據(jù)中心變成“電力黑洞”的主要推手。眾所周知，摩爾定律揭示的是晶體管數(shù)量每 18-24 個月翻倍的技術(shù)迭代規(guī)律，而當(dāng)前算力需求的增長周期已縮短至每 3-4 個月翻一倍。2024 年我國智能算力增速高達(dá) 74.1%，這一趨勢在具體應(yīng)用場景中更為直觀：2025 年發(fā)布的 DeepSeek-R1 大模型日活躍用戶超 2200 萬，僅維持其正常運行就需要約 50 個大型數(shù)據(jù)中心提供支撐。

與算力需求同步飆升的，是數(shù)據(jù)中心對電力的極致依賴。如今，“萬卡集群” 已不再新鮮，“十萬卡集群” 成為科技巨頭的競爭新標(biāo)的 ——OpenAI/Microsoft、xAI、Meta 等企業(yè)均在競相構(gòu)建規(guī)模超 10 萬張 GPU 的算力集群。僅以單顆芯片的能耗測算，英偉達(dá) H100 GPU 峰值功耗達(dá) 700 瓦，按每小時耗電 0.7 度、全年 61% 的使用時長計算，單顆 H100 年耗電量就達(dá) 3740 度；若規(guī)模擴大至 10 萬顆，僅 GPU 單元的年耗電量就將突破 3.74 億度。

第三點，除了GPU，數(shù)據(jù)中心中還有大量的設(shè)備，比如服務(wù)器（還包含CPU等部件）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備、冷卻系統(tǒng)和照明等，這些設(shè)備無一不需要持續(xù)供電。其中數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)是能耗的主要組成部分之一，總耗電量占到38%以上(有的甚至高達(dá)50%)。

數(shù)據(jù)中心的“電力黑洞” 困境，并非單純的電力供給不足。從能源利用效率來看，2025年，我國數(shù)據(jù)中心平均電能利用效率（PUE）約為1.45，與世界先進水平（約1.1-1.2）仍有差距。其中，制冷系統(tǒng)能耗占27%，正成為主要的節(jié)能突破口。

根據(jù)中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布的數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項行動計劃顯示，到2025年底，算力電力雙向協(xié)同機制初步形成，國家樞紐節(jié)點新建數(shù)據(jù)中心綠電占比＞80%。在這一硬性要求下，以下四項技術(shù)成為發(fā)展重點：綠電直連技術(shù)、高效冷卻技術(shù)、IT負(fù)載動態(tài)調(diào)整技術(shù)、算-電-熱協(xié)同技術(shù)。

其中在記者與業(yè)內(nèi)人士的交流中，“液冷技術(shù)”也是被提及的重點。

02

液冷技術(shù)，關(guān)鍵解法

數(shù)據(jù)中心的冷卻技術(shù)正在經(jīng)歷一場徹底的變革。尤其是在單機柜功率密度超過25kW的高密度場景下，傳統(tǒng)的遠(yuǎn)端風(fēng)冷已經(jīng)難以為繼，行業(yè)正在加速轉(zhuǎn)向更高效的冷卻方案——主要是近端風(fēng)冷和液冷兩大方向。其中，高效又節(jié)能的液冷技術(shù)，已經(jīng)成為市場的主流選擇。

液冷技術(shù)分化出三種主流方案：

第一種是冷板式液冷，能精準(zhǔn)對準(zhǔn)CPU、GPU這些發(fā)熱核心散熱，不僅能效高，改造成本也相對可控，是目前最普及的液冷方案。

第二種是浸沒式液冷，直接把服務(wù)器完全泡在絕緣冷卻液里，散熱效率拉滿，堪稱超高熱密度場景的“終極解決方案”。

第三種是噴淋式液冷，通過直接向發(fā)熱元件噴淋冷卻液，用最短的路徑實現(xiàn)高效散熱，適配特定場景需求。

不過業(yè)內(nèi)人士向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫表示液冷技術(shù)是目前的最優(yōu)解法，但該技術(shù)在數(shù)據(jù)中心普及率并不算高，大約只有10%，盡管行業(yè)內(nèi)存在噴淋式液冷的方案，但是商用情況相對不明朗。

還有業(yè)內(nèi)人士向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫提到，除單純的液冷技術(shù)外，冷板+液冷循環(huán)的組合方案也是當(dāng)前技術(shù)布局重點。比如英偉達(dá)和AMD在CES上最新發(fā)布的英偉達(dá) Vera Rubin NVL72與AMD MI450均采用“冷板貼合+封閉液冷循環(huán)”的技術(shù)架構(gòu)。

具體而言，通過定制化冷板直接貼合GPU芯片及其他高發(fā)熱組件（如供電模塊、顯存），冷板內(nèi)部設(shè)計微通道結(jié)構(gòu)，冷卻液在微通道內(nèi)高速流動，快速帶走熱量；吸收熱量后的冷卻液通過封閉管道進入換熱模塊，與外部冷卻系統(tǒng)進行熱交換后降溫，再循環(huán)回流至冷板，形成完整的散熱閉環(huán)。這種方案既避免了噴淋式液冷對電子元件的絕緣要求，又解決了風(fēng)冷的散熱效率不足問題，實現(xiàn)了散熱效果與設(shè)備安全性的平衡。

不過無論是英偉達(dá)的NVL72還是AMD的MI450集群，其液冷方案均圍繞自身核心算力芯片展開定制化開發(fā)。英偉達(dá)為Ada Lovelace架構(gòu)GPU量身設(shè)計冷板貼合面，確保冷板與芯片核心發(fā)熱區(qū)域的接觸面積達(dá)95%以上，減少散熱死角；AMD則針對MI450芯片的封裝結(jié)構(gòu)，優(yōu)化冷板的壓力分布，避免因冷板壓力不均導(dǎo)致芯片損壞，同時適配芯片的高功率密度特性，提升冷卻液的流速與換熱效率。這種“芯片-冷板”的深度適配，成為保障液冷效果的關(guān)鍵前提。

英特爾的液冷技術(shù)主要采用冷板式液冷方案，通過在CPU、GPU等高功耗芯片上安裝金屬冷板，內(nèi)部布有微通道，讓冷卻液流經(jīng)并吸收運行中產(chǎn)生的熱量，實現(xiàn)高效導(dǎo)熱。冷板與芯片緊密接觸，利用導(dǎo)熱界面材料提升熱傳導(dǎo)效率，無需浸沒整個服務(wù)器，兼容現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。該技術(shù)可顯著降低散熱能耗，支持更高密度計算部署。

在國內(nèi)市場，曙光數(shù)創(chuàng)在液冷基礎(chǔ)設(shè)施市場的部署規(guī)模處于領(lǐng)先地位。2021年至2023年上半年，曙光數(shù)創(chuàng)在中國液冷基礎(chǔ)設(shè)施市場份額位居第一，占比達(dá)56%。其冷板液冷方案和浸沒相變液冷方案已廣泛應(yīng)用于字節(jié)跳動等頭部互聯(lián)網(wǎng)廠商。

英維克作為全鏈條液冷的開創(chuàng)者，提供從冷板、快接頭到CDU、機柜的全棧產(chǎn)品，截至2025年3月，其液冷鏈條累計交付已達(dá)1.2GW。

具體細(xì)分賽道方面，飛榮達(dá)在散熱產(chǎn)品領(lǐng)域布局廣泛，其自主研發(fā)的3DVC散熱器功耗可達(dá)1400W，處于行業(yè)領(lǐng)先水平。飛榮達(dá)已成為英偉達(dá)、中興、浪潮等企業(yè)的核心供應(yīng)商，液冷模組等產(chǎn)品已實現(xiàn)批量交付。中石科技則在熱模組核心零部件和TIM材料上實現(xiàn)了批量供應(yīng)，VC模組在高速光模塊中的應(yīng)用正加速落地，并積極推進液冷模組的客戶導(dǎo)入。

思泉新材也已具備液冷散熱模組的規(guī)模生產(chǎn)能力，東莞工廠和越南工廠均已做好量產(chǎn)準(zhǔn)備。公司正開展750W-3000W液冷技術(shù)的研發(fā)，包括雙相冷板、Manifold、CDU等核心組件。川環(huán)科技則成功切入主流液冷供應(yīng)商體系，其液冷服務(wù)器管路產(chǎn)品已通過美國UL認(rèn)證，并進入奇鋐、英維克、飛榮達(dá)等廠商的供應(yīng)名單。

03

中國制造業(yè)，優(yōu)勢顯現(xiàn)

這場關(guān)于數(shù)據(jù)中心的討論，早已超越傳統(tǒng)IDC建設(shè)范疇，演變?yōu)橐粓錾婕鞍雽?dǎo)體、能源、通信、安全的系統(tǒng)性變革。而在這場變革中，中國的制造業(yè)底座優(yōu)勢正在顯現(xiàn)：

• 世界銀行數(shù)據(jù)顯示，中國制造業(yè)增加值2010年首次超過美國，居世界首位，成為全球工業(yè)經(jīng)濟增長的重要驅(qū)動力。
• 截止2024年，中國制造業(yè)規(guī)模已經(jīng)連續(xù)15年居世界首位。
• 2024年數(shù)據(jù)顯示，中國制造業(yè)規(guī)模大于美國、日本、德國和印度制造業(yè)規(guī)模總和，相當(dāng)于兩個美國；而美國大于日本、德國和印度之和。

未來的數(shù)據(jù)中心，從來不是越大越好，而是越“聰明”越好。

這份“聰明”，始于硅片之上的精準(zhǔn)創(chuàng)新——打破“唯峰值算力論”，讓芯片架構(gòu)適配真實場景，讓每一度電都轉(zhuǎn)化為有效算力；落于冷卻技術(shù)的高效突破，依托中國制造業(yè)全鏈條優(yōu)勢，推動液冷從細(xì)分賽道走向規(guī)模化普及，實現(xiàn)散熱效率與成本的平衡。