隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為數(shù)據(jù)處理和存儲的核心設(shè)施，其散熱和能效問題日益凸顯。傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)難以滿足數(shù)據(jù)中心高熱密度、高能效的需求。液冷技術(shù)作為一種創(chuàng)新的散熱方案，正逐漸受到業(yè)界的關(guān)注和青睞。

不同制冷技術(shù)PUE對比

液冷技術(shù)采用液體替代空氣作為冷卻介質(zhì)，將液體直接或間接接觸發(fā)熱器件，可使散熱效率大幅提升，能夠有效滿足單點(diǎn)、整機(jī)柜、機(jī)房的高散熱需求。根據(jù)熱器件是否與冷卻液接觸，液冷技術(shù)可以分為直接式液冷技術(shù)和間接式液冷技術(shù)。

直接式液冷技術(shù)

直接式液冷技術(shù)通過電子設(shè)備與冷卻液直接接觸進(jìn)行熱交換，快速導(dǎo)出設(shè)備產(chǎn)生的熱量，其優(yōu)點(diǎn)在于高傳熱效率和低能耗。直接式液冷技術(shù)分為浸沒式液冷技術(shù)和噴淋式液冷技術(shù)，浸沒式液冷根據(jù)冷卻液的性質(zhì)又可分為單相液冷和兩相液冷。

（1）單相浸沒式液冷技術(shù)

單相浸沒式液冷技術(shù)是利用冷卻液的比熱容吸收熱量，主要優(yōu)點(diǎn)是換熱效率高、結(jié)構(gòu)簡單，不會產(chǎn)生冷卻液的逸散，對設(shè)備的密封性能要求低。單相浸沒式液冷技術(shù)通常使用高沸點(diǎn)的冷卻液，這類冷卻液不發(fā)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?xì)浠衔铮ǖV物油、合成油等）。

單相浸沒式液冷系統(tǒng)架構(gòu)（臥式）

（2）兩相浸沒式液冷技術(shù)

兩相浸沒式液冷技術(shù)是利用冷卻介質(zhì)的沸騰相變潛熱帶走熱量，當(dāng)達(dá)到冷卻介質(zhì)的沸點(diǎn)時，在服務(wù)器表面發(fā)生沸騰相變帶走熱量，沸騰產(chǎn)生的蒸汽到達(dá)冷凝端完成冷凝，經(jīng)過循環(huán)管路回到蒸發(fā)端。常用的冷卻介質(zhì)為低沸點(diǎn)、高潛熱的氟化液。兩相浸沒液冷兼具高節(jié)能、高散熱的技術(shù)優(yōu)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(tǒng)架構(gòu)（立式）

（3）噴淋式液冷技術(shù)

噴淋式液冷技術(shù)是在機(jī)箱頂部儲液和開孔，根據(jù)發(fā)熱體位置和發(fā)熱量大小不同，讓冷卻液對發(fā)熱體進(jìn)行噴淋降溫。相比于浸沒式液冷，噴淋式液冷的每臺服務(wù)器獨(dú)立化液冷設(shè)計，不需要改變現(xiàn)有的機(jī)架式服務(wù)器部署形態(tài)。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(tǒng)架構(gòu)

間接式液冷技術(shù)

間接式液冷主要是冷板式液冷。冷板式液冷系統(tǒng)利用特制的冷板（通常由高導(dǎo)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(chǎn)生的熱量傳遞給冷卻液，在循環(huán)泵作用下熱量被冷卻液轉(zhuǎn)移到外界散熱裝置并進(jìn)一步冷卻，這種設(shè)計有效實(shí)現(xiàn)了熱量的高效傳導(dǎo)和散熱。在整個冷卻過程中，液冷冷板作為將服務(wù)器內(nèi)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(wù)器設(shè)備并安全運(yùn)行的同時，通過不同類型的鏟齒結(jié)構(gòu)將主要散熱部件的熱量傳遞到液體中，并通過機(jī)房內(nèi)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(nèi)循環(huán)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(jìn)行再一次的循環(huán)。

冷板式液冷原理示意圖

液冷散熱技術(shù)與傳統(tǒng)風(fēng)冷方式相比，展現(xiàn)出卓越的散熱優(yōu)勢，主要包括：

（1）傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱面對高功率服務(wù)器，其散熱能力已經(jīng)達(dá)到瓶頸。目前，各國都在訓(xùn)練和研究AI算法及大模型，這離不開高功耗算力芯片服務(wù)器的支撐。

（2）傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱依賴?yán)淇諝鉃閿?shù)據(jù)機(jī)房降溫，而液冷散熱則通過冷卻液直接或間接吸收IT設(shè)備熱量。由于冷卻液在密度、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)上均顯著優(yōu)于空氣，所以液冷的散熱性能優(yōu)于風(fēng)冷。

（3）液冷散熱系統(tǒng)相對于風(fēng)冷散熱系統(tǒng)，在達(dá)到相同的散熱效果時，液冷散熱系統(tǒng)具有低能耗的環(huán)保特性，能夠助力國家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

（4）液冷散熱系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房余熱回收再利用方面比風(fēng)冷散熱系統(tǒng)更具優(yōu)勢，并且能夠?qū)崿F(xiàn)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(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用分析
蔣紹輝等：數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展
郭銀杰等：數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)發(fā)展綜述
嚴(yán)勁等：數(shù)據(jù)中心液冷散熱技術(shù)及應(yīng)用