液冷技术与电信从业者

液冷技术虽非全新概念——早在19世纪末就被用于超高压变压器的绝缘与冷却，汽车内燃机的冷却系统更是其典型应用，但将其引入电子设备领域曾长期被视为风险之举。

随着数据中心液冷方案进入主流视野，电信从业者亟需深入理解液冷技术特性。在ECOC等行业展会上，已出现运行于鱼缸气泡中的交换机与光模块。

液冷架构由多个部分组成，并且每个部分还可以继续细分，但本质上液冷架构可以描述为三个部分：热捕获，热交换，冷源。下图是简化后的液冷通用架构，它展示了液冷最核心的三个部分

虽然液体具有优异的传热性能，通过化学工程手段可调节其沸点和冷凝点以优化热传递。然而，过去人们普遍认为将液体靠近昂贵电子元件并非明智之举。

液冷兴起的原因

从传统风冷向数据中心液冷的转变主要受人工智能和机器学习驱动。这些技术对计算能力提出了巨大需求，进而催生了对超高性能计算机芯片的需求。芯片制造商竞相开发新型AI级芯片，但在现有技术条件下，这意味着更高的半导体封装密度和时钟频率，同时也带来了功耗和热管理的挑战。

AI级芯片的能耗和发热量显著增加。AI性能越强大，能耗越高——例如，训练GPT-4模型耗电超过50吉瓦时，约占加州年发电量的0.02%。许多行业专家已发出警告，指出AI正在将世界推向能源危机。功率密度需求的提升正推动设施采用企业级液冷方案。据高盛预测，数据中心目前消耗全球总电力的1-2%，到2030年这一比例将上升至3-4%。AI驱动的电力消耗增长及其全球影响值得深入探讨，但值得注意的是，其中相当一部分能量转化为热能。

PUE与冷却效率

数据中心持续致力于提高能源效率，其中PUE（电能使用效率）是最广泛使用的关键绩效指标。PUE计算方法简单有效：用数据中心总能耗除以IT设备（如服务器、存储和网络设备）的能耗。

PUE值低于1.5通常被视为高效。任何未用于IT设备的能量都被视为浪费，因此需要尽量减少。这包括安全系统、照明、备用电源的能耗，最重要的是冷却和HVAC系统的能耗，约占非IT能耗的40%。

过去十年间，风冷解决方案主导了数据中心冷却领域，可有效管理功率密度高达20kW的设备机架。但随着AI时代的到来，功率密度持续提升。据调查，17%的IT专业人员报告机架功率密度在20kW至50kW之间，部分甚至超过100kW。

面对如此高的功率密度，液冷正成为未来的解决方案。那么，液冷有哪些优势和类型？

液冷的优势源于其物理特性：液体是比气体（如空气）更好的热导体，具有更高的体积热容。1.5立方米的水可储存与5380立方米空气相当的热量。相比传统风冷，数据中心液冷提供更优异的热管理能力，使IT设备制造商能够在更小空间内集中高热元件。

液冷系统可储存和运输热能，而风冷系统则将热量直接释放到大气中（既不环保也不利于应对全球变暖）。液冷系统的附带优势包括运行安静（液冷管道几乎无声，而风冷风扇噪音较大）和更紧凑的安装空间。液冷系统所需液体质量远小于风冷系统的设备和管道体积。

液冷类型

液冷在IT行业是新兴趋势，因为过去人们认为液体靠近昂贵电子元件并非明智之举，且20kW/机架的功率密度通过传统风冷即可满足。目前，多种液冷方案正在快速发展，主要包括以下类型：

其中，浸没式和冷板式又分别分为机柜式和机架式。

机架级液冷方案 • 技术特点：采用冷却分配单元（CDU）实现机柜/整列冷却，保持设备原有架构 • 优势：兼容现有IT设备，支持50kW+功率密度 • 应用场景：托管数据中心、电信核心机房改造

冷板式或芯片级直接冷却 • 技术特点：采用水/乙二醇溶液或介电流体，通过冷板直接接触热源 • 优势：局部散热效率提升300%，支持100kW+功率密度 • 挑战：需设备定制化设计，标准化程度低

浸没式液冷 • 技术特点：整机浸入介电流体，取消风扇与外壳设计 • 优势：理论功率密度200kW+，完全隔绝环境干扰 • 注意事项：建筑承重要求提升，部分冷却液GWP值高于CO₂

液冷何时成为主流？

液冷市场预计将快速增长。2024年市场规模约44.8亿美元，到2029年预计达到127.6亿美元（年复合增长率23%）。目前，直接液冷和浸没式冷却主要应用于HPC环境，如大型AI企业和部分加密货币矿场的数据中心。

随着硅处理器继续遵循摩尔定律发展，其能耗持续增加。今天的高性能标准很快将成为企业级的新常态。此外，许多组织出于数据安全和定制化需求，可能倾向于部署自托管AI解决方案。当前阻碍广泛应用的另一个因素是缺乏统一标准和组件互操作性，但市场往往会自行解决这一问题——最佳解决方案将引领市场发展。

最后，面对液冷技术的普及，电信工程师需构建三大新型能力矩阵：

• 流体系统工程能力：掌握管路设计、泵阀控制等传统市政工程知识，确保冷却系统99.999%可用性；
• 特种设备维护技能：熟练进行浸没式设备的拆装清洗，控制介电流体交叉污染风险；
• 热化学管理知识：理解不同冷却液的相变特性与环保指标，建立泄漏应急处理机制。