在生成式 AI 狂飙突进的今天，我们不仅在见证算力的奇迹，也在见证芯片功率的极限。当单台服务器的功耗从几百瓦飙升至数千瓦，传统的“风冷”散热已经显得力不从心。为了不让昂贵的算力被高温“锁频”，数据中心正经历着一场从“风”到“液”的革命。

液体，这个曾经被电子设备视为避之不及的“天敌”，如今正化身为高性能计算最亲密的战友。本文将带你走进液冷的世界，拆解那些让服务器保持“冷静”的核心黑科技。

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什么是液冷？

液冷是指通过流动的水或者液态制冷剂带走设备产生的热量，而不是让热量直接散发在空气中，通过冷却空气来制冷。液冷可分为接触式和非接触式液冷两种。液冷技术相较于风冷具有更高效率、更低能耗、是当下应对生成式AI、超高密度计算的高算力缺口和“功耗墙”的一场技术革命

·接触式液冷：是指将冷却液与发热器件直接接触的一种液冷形式，包括浸没式和喷淋式液冷等具体方案。

·非接触式液冷：是指冷却液与发热器件不直接接触的一种液冷形式，包括冷板式等具体方案。

图1.液冷技术分类与对比【图源：《中兴通讯液冷技术白皮书》，东吴证券研究所】

直接接触式是指将冷却液体与发热器件直接接触散热，包括单相浸没式液冷、两相浸没式液冷、喷淋式液冷；间接接触式是指冷却液体不与发热器件直接接触，通过散热器间接散热，包括单相冷板式液冷、两相冷板式液冷。其中，冷板式液冷采用微通道强化换热技术具有极高的散热性能，目前行业成熟度最高；而浸没式和喷淋式液冷实现了100% 液体冷却， 具有更优的节能效果。

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冷板式液冷

冷板式液冷是服务器芯片等高发热元件的热量通过冷板间接传递给液体进行散热。 发热体热量通过冷板金属传递给冷板中的液体， 液体将热量带出与外界冷源进行热交换，使用最多的冷却介质是水。 冷板式液冷的核心逻辑是“不直接接触”核心器件，液体在密闭的管路和冷板内流动从而带走热量，根据液态工质是否相变可以分为单相和两相液冷板。

·单相冷板（Single-phase）：冷却液（通常是水或乙二醇溶液）从头到尾都是液态。它像搬运工，通过流动的速度把热量“带走”。

·两相冷板（Two-phase）：液体流经芯片上方时受热沸腾变成了蒸汽（发生相变）。利用液体汽化时吸收的巨额“潜热”，散热效率成倍提升。

（1）热量传递回路：

·液态工质在 CDU 循环泵的驱动下进入冷板，之后在液冷板内通过强化对流换热吸收热量温度升高，高温工质通过CDU的热交换单元之后降温通过泵驱再次进入服务器冷板形成二次侧的回路；

·一次侧回路是以CDU为媒介与二次侧进行换热，二次侧通过 CDU 换热器将热量传递到一次侧冷却液，一次侧冷却液最终通过冷却塔将热量排至大气环境中；

（2）冷板的核心组件必须要认识的“熟面孔”

·液冷冷板（Cold Plate）：通常采用高纯度无氧铜，因为它的导热率极高。翻开冷板会看到密密麻麻的微通道（Micro-channels），这能增加换热面积。配套管路采用EPDM、FEP、PTFE软管或铜管， 液冷板核心壁垒主要在于内部微通道的设计以及焊接的工艺；

·快换接头（Quick Disconnect, QD）：这是维护时的关键；好的接头要做到“万无一失”，插拔时滴水不漏；通常需要具备自封功能；

·冷却液分配单元（Coolant Distribution Unit，CDU）：整个系统的“心脏”和“大脑”，它负责提供动力（泵）、调节温度、过滤杂质以及监控压力；

除此之外还有如Manifold、冷却液、管路、水泵、CDU内部的板式换热器、阀件、传感器、漏液检测等相关零部件。

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浸没式液冷

浸没式液冷是最常见的直接接触型液冷技术，通过发热器件与冷却液直接接触，通过冷却液“循环流动”（单相）或“蒸发冷凝相变”（双相）进行散热的一种方式。 浸没式液冷对冷却介质的物理性质有较高要求，需要绝缘性强、粘度低、腐蚀性小、热稳定性高的材料， 一般情况下均价高于冷板式方案。 

·单相浸没式液冷将 IT 设备浸没在装有冷却介质的密封槽中，冷却介质经过发热设备后利用升温显热交换热量，过程中不发生形态变化， 升温后的液体在泵的作用下流入冷却器降温并回流至冷却介质槽， 继续散热循环。

·两相浸没式液冷的液体在冷却介质槽内与热源接触，在循环散热的过程中不断经历气态至液态的转化。 

Tank是单相浸没式液冷系统的核心部件：

单相浸没式液冷系统主要由：冷却介质、浸没腔体（Tank）、CDU和室外冷却设备构成。其中，Tank作为电子元件与液体进行热交换的场所，为电子元器件提供较好的冷却环境， 是单相浸没式液冷系统的核心部件

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喷淋式液冷

喷淋式液冷是将冷却介质直接精准喷淋至发热部件上的散热技术。 喷淋式液冷按照冷却介质在发热物体表面是否发生相变可以分为单相、 相变喷淋式。喷淋式换热属于芯片级别换热，冷却效率高但难度较大，液体喷淋过程中可能会出现液体飘逸现象，对机房环境或其他设备造成影响，尚未大规模应用到数据中心冷却

·单相喷淋式滴液尺寸较大且不发生相变，在部件表面形成薄边界层换热； 

·相变喷淋式是在单相基础上，将冷却介质雾化成为小液滴，在发热物体表面通过汽化的方式带走热量；

喷淋式液冷系统主要由冷却塔、CDU、一次侧&二次侧液冷管路、冷却介质和喷淋式液冷机柜组成；其中喷淋式液冷机柜通常包含管路系统、布液系统、喷淋模块、回液系统等。

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结语：在平衡中进化，见证算力新时代

通过对三大液冷技术的拆解，我们可以清晰地看到：液冷技术的选择，本质上是一场散热效率、技术成熟度与商业成本之间的多维权衡。立足当下，单相冷板式液冷是无可争议的主流。 凭借与传统风冷架构极高的兼容性、成熟的产业链配套以及更具优势的改造成本，它成为了现阶段数据中心应对高功耗挑战的“最优解”。虽然双相冷板在理论上散热上限更高，但受限于相变带来的压力冲击及密封挑战，大规模商用仍需时间沉淀。

展望未来，浸没式液冷则代表了极致能效的终极形态。 能够将 PUE 压降至 1.1 以下的卓越表现，使其在高密度计算场景中具备不可替代的长期价值。尽管目前仍面临初始投资高、运维习惯重构等挑战，但随着算力密度的持续攀升，其广阔的增长空间已毋庸置疑。

对于新入行的朋友们来说，理解这种“冷板为主，浸没并存”的格局至关重要。液冷时代的到来，不仅是散热介质从“气”到“液”的转变，更是数据中心向绿色、高能、可持续发展的华丽转身。让我们在这个“冷静”而又火热的赛道上，共同迎接算力进化的下一个黄金十年。