液冷：支持未來的數(shù)據(jù)中心

隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速，數(shù)據(jù)中心作為信息社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施，其重要性日益凸顯。然而，傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)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(jì)算（HPC）領(lǐng)域。隨著生成式AI、大模型等技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心對(duì)于算力的需求越來越高。據(jù)中國(guó)信通院數(shù)據(jù)顯示，截至2024年6月，我國(guó)在用算力中心超過830萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，算力規(guī)模達(dá)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(jī)密度也在不斷提高，傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)的局限性愈發(fā)明顯。

液冷技術(shù)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(shù)通過直接或間接接觸冷卻液的方式，能夠高效地傳導(dǎo)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(shù)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(shù)的類型與優(yōu)勢(shì)

冷板式液冷

冷板式液冷技術(shù)通過將冷卻液導(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)具備較高的技術(shù)成熟度和建設(shè)維護(hù)便利性。冷板式液冷是將冷卻液直接導(dǎo)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(dòng)，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(yuǎn)端，再重新循環(huán)至冷板。冷板式液冷技術(shù)憑借易于部署、成本低、散熱效果佳、易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，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(shè)備完全浸沒在絕緣冷卻液中，實(shí)現(xiàn)更高效的散熱效果，適用于超高密度和高功率設(shè)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(jī)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(jī)架，散熱能耗降低90%。浸沒式液冷技術(shù)在高功率密度的數(shù)據(jù)中心中得到更成熟的應(yīng)用，噴射冷卻、微通道液冷等創(chuàng)新技術(shù)也在特定應(yīng)用中試點(diǎn)，推動(dòng)液冷散熱的多樣化。

液冷技術(shù)不僅在散熱效率上具有顯著優(yōu)勢(shì)，還具有環(huán)境友好性。液冷技術(shù)降低了數(shù)據(jù)中心的噪音污染，適合對(duì)工作環(huán)境有較高要求的辦公場(chǎng)所。此外，液冷技術(shù)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(shù)的市場(chǎng)規(guī)模與發(fā)展趨勢(shì)

近年來，液冷市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，2022年至2027年，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施收入的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）有望保持在8%左右，預(yù)計(jì)到2027年市場(chǎng)規(guī)模將超過350億美元。其中，液冷技術(shù)的應(yīng)用比例正在逐步提升，尤其是在高性能計(jì)算和人工智能領(lǐng)域，液冷服務(wù)器的市場(chǎng)需求尤為突出。數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)液冷服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模在2024年上半年已達(dá)到12.6億美元，同比增長(zhǎng)98.3%，預(yù)計(jì)到2028年市場(chǎng)規(guī)模將增至102億美元。

液冷技術(shù)的未來發(fā)展將圍繞智能化、綠色化和標(biāo)準(zhǔn)化展開。隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，液冷系統(tǒng)將具備更強(qiáng)的智能化管理能力，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整散熱效率，進(jìn)一步降低能耗。同時(shí)，液冷技術(shù)的綠色化發(fā)展也將成為趨勢(shì)，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(shù)將在數(shù)據(jù)中心的低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。

液冷技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

液冷技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展。從早期的高性能計(jì)算和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，到如今的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、5G基站和云計(jì)算平臺(tái)，液冷技術(shù)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(shù)，達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先效率。隨著技術(shù)的不斷成熟和成本的降低，液冷技術(shù)有望在未來幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)更廣泛的商業(yè)化應(yīng)用，為數(shù)據(jù)中心行業(yè)帶來更高的能效和更低的運(yùn)營(yíng)成本。

液冷技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

盡管液冷技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，但其發(fā)展也面臨著一些挑戰(zhàn)。首先，液冷技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用成本相對(duì)較高，尤其是在初期建設(shè)和維護(hù)方面，需要企業(yè)投入大量的資金和資源。其次，液冷技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程仍在推進(jìn)中，不同廠商之間的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和接口尚未完全統(tǒng)一，這在一定程度上限制了液冷技術(shù)的廣泛應(yīng)用。此外，液冷技術(shù)的安全性和可靠性也需要進(jìn)一步驗(yàn)證，尤其是在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用場(chǎng)景中，如何確保液冷系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)亟待解決的問題。

液冷技術(shù)的未來展望

盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，液冷技術(shù)憑借其在散熱效率和能效提升方面的顯著優(yōu)勢(shì)，仍將是未來數(shù)據(jù)中心制冷領(lǐng)域的主流選擇。隨著技術(shù)的不斷成熟和成本的降低，液冷技術(shù)有望在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)更廣泛的商業(yè)化應(yīng)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(shù)可能會(huì)向自適應(yīng)智能化冷卻方向發(fā)展，通過物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的溫度監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)整。冷板式液冷在大型數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算領(lǐng)域繼續(xù)普及；浸沒式液冷預(yù)計(jì)在高功率應(yīng)用中逐漸被采用；新型智能化液冷技術(shù)將有助于推動(dòng)數(shù)據(jù)中心和計(jì)算系統(tǒng)向綠色環(huán)保方向發(fā)展。

總之，液冷技術(shù)作為一項(xiàng)高效、綠色的散熱技術(shù)，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(zhǎng)的散熱需求，還能幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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