来源 | Applied Thermal Engineering

链接 | https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2026.130621

01

背景

全球数据中心耗电量占比超 2%，其中冷却系统能耗占比高达30%~40%，绿色低碳冷却成为数据中心发展的核心刚需。传统风冷 TDP 上限仅 500W，已无法适配超高热流密度的散热需求。两相微通道冷板凭借更低热阻、更好的温度均匀性，成为超高热流密度场景的核心解决方案，但现有研究多聚焦于单冷板的结构优化，针对多冷板并联系统的研究存在明显局限。现有并联系统研究多为 2~3 块冷板的小规模验证，且以稳态工况为主，缺乏对数据中心真实场景下功率瞬变、非均匀负载、多机并联等复杂工况的系统性验证，对并联系统的稳定运行边界、干涸判定、流量不均特性的量化研究严重不足。

02

成果掠影

近日，江苏科技大学与常州海斯特科技有限公司联合团队系统地研究了一种用于数据中心高功率GPU芯片的泵驱并行两相冷却系统。搭建了一个泵驱两相冷却实验平台，系统包含八块并联的分段铲齿微通道冷板，使用环保制冷剂R245fa作为工作流体。系统分为一次侧（ chilled water loop）和二次侧（R245fa两相循环）。通过数值仿真与全工况实验结合的方式，系统揭示了该系统在数据中心典型场景下的运行边界与稳定阈值。研究证实，该系统单芯片可承载2300W（≈300W/cm²） 极限热负荷，同时将芯片表面温度控制在 80℃安全阈值内；稳态运行时 8 块冷板间最大温差低于 1℃，含 TIM 层的系统总热阻达10⁻³℃/W 量级；在功率快速阶跃、非均匀功率分布等真实数据中心动态工况下，系统仍保持稳定的相变特性与快速温度响应，为下一代高功率 GPU 数据中心并联两相冷却系统的设计与优化提供了量化的稳定性指标与工程指导。研究成果以“Heat dissipation limit and scenario adaptability of parallel two-phase cold plates for high-power GPUs” 为题，发表于《Applied Thermal Engineering》期刊。

03

图文导读

图1.冷板、TIM和模拟热源的物理建模：（a）总体结构;（b）微通道和模拟热源的放大视图。

图2.模拟中应用于散热器的边界条件。

图3. Tsim，max和Tsim，avg对heq和沸腾边界参数的敏感性.

图4.网格独立性的验证。

图5.两相液体冷却系统的实验装置示意图.

图6.两相液体冷却服务器1的内部布局示意图。

图7.两相并联冷却系统试验平台.

图8.不同热负荷下两相冷板上的芯片表面温度曲线。

图9.各种工况和热负荷下T总体，平均值和T总体，最大值的比较。

图10.芯片表面温度与CDU泵速的关系：图（a，c，e）显示T速度，平均值;图（B，d，f）显示T速度，最大/最小值。

图11 .在不同冷却剂温度下，包括TIM Rt，sys的八个冷板的总阻力与CDU泵速的关系。

图12.在典型工作条件下，包括TIM、Rt、sys在内的八个芯片的总系统热阻与热负荷Q以及蒸发温度之间的关系。

图13.平均蒸发压力Pevap，12和平均蒸发温度Tevap，12与CDU泵速的关系。

图14.不同一次侧冷却剂温度和功率负荷下冷凝压力Pcond与CDU泵速的关系.

图15.在1000 W和300 W之间的快速功率循环期间，冷却剂入口温度为35 °C时，#1 -#8冷板的瞬态芯片表面温度响应。

图16.在冷却剂温度为35 ℃、功率在1000 W和300 W之间的快速功率循环下，#1 -#8冷板的最大和最小芯片表面温度Tmax和Tmin以及循环幅度Δ Tcycle。

图17.八板非均匀功率分配情况下35 °C冷却剂供应下的蒸发压力Pevap和蒸发温度Tevap（测试1 -测试5）。