智算时代液冷技术全景解析：从市场需求到供应链布局

在当今数字化浪潮中，智算时代正以前所未有的速度席卷而来。随着人工智能、大数据、云计算等前沿技术的迅猛发展，对算力的需求呈指数级增长。数据中心作为算力的核心承载平台，其规模和复杂度不断攀升，而由此带来的散热问题成为了制约行业发展的关键瓶颈。在此背景下，液冷技术凭借其卓越的散热性能，逐渐崭露头角，成为智算时代数据中心散热的 “救星”。

智算时代的数据中心散热挑战

随着人工智能大模型的兴起，如 GPT 系列等，数据中心需要处理海量的数据和复杂的运算，这使得服务器的算力需求急剧增加。以英伟达的 GPU 服务器为例，其单机柜功耗不断攀升，从最初的十几千瓦迅速跃升至如今的数十千瓦，甚至在某些

高端配置突破百千瓦大关。当芯片长时间处于高负载运行状态时，会产生大量的热量，若不能及时有效地散发出去，芯片温度将持续升高，进而影响其性能和稳定性，甚至导致硬件损坏。研究表明，芯片工作温度每升高 10℃，其性能下降约 50%，同时故障率也会大幅增加。传统的风冷散热技术在面对如此高的热密度时，已显得力不从心。风冷主要依靠空气流动带走热量，但空气的导热性能较差，其冷却效率远低于液体。在高功率密度的机柜中，风冷系统往往无法满足散热需求，导致服务器降频运行，严重影响了数据中心的整体算力输出。

液冷技术的优势与分类

液冷技术作为一种高效的散热方式，通过利用液体作为冷却介质，与服务器发热元器件进行热交换，将热量迅速带走，从而保证服务器工作在安全温度范围内。与风冷技术相比，液冷技术具有显著的优势。首先，冷却效率极高，液体的导热能力是空气的 25 倍，体积比热容是空气的 1000 - 3500 倍，对流换热系数是空气的 10 - 40 倍，能够实现比风冷高 1000 至 3000 倍的散热效率，可有效降低芯片温度，确保设备稳定运行。其次，节能降耗效果显著，能显著降低数据中心的 PUE(能耗指标)，冷板式液冷 PUE<1.2，浸没式液冷 PUE<1.1，相比风冷节能 20% - 30% 以上。再者，支持更高的机柜功率密度，减少数据中心占地面积，满足智算中心高密度部署的需求。

液冷系统根据液体与硬件的接触方式，主要分为直接液冷和间接液冷。直接液冷中液体与需要冷却的硬件组件直接接触以达到冷却目的，又可细分为浸没式和喷淋式。浸没式液冷系统通过将发热器件完全浸入不导电的冷却液中实现高效散热，按照冷却液在循环散热过程中是否发生相变，可分为单相浸没式液冷和双相浸没式液冷。单相浸没式液冷在热交换过程中冷却液温度发生变化但无相态转变，依靠液体的显热变化传递热量;双相浸没式液冷的冷却液在散热过程中会发生从液态到气态再到液态的相变过程。喷淋式液冷则是将冷却液喷淋到发热器件表面进行散热，不过现阶段其落地应用较少，不太适合高密度服务器和大规模数据中心。间接液冷是指液体不与硬件直接接触，通过一个中介组件(散热器或冷却板)将热量带走，常见的为冷板式液冷，根据冷却介质是否发生相变又可分为单相冷板式和两相冷板式。冷板式液冷通过冷板把发热器件的热量传递到冷却液体，再利用冷却液体的制冷特性将热量带走，该技术对计算机系统改动不大，仅需将原风冷散热片替换为液冷散热套件并引出冷媒管路即可，适用于中高热流密度散热场景。

市场需求驱动液冷技术发展

在政策与市场的双重推动下，液冷技术的市场需求呈现出爆发式增长。从政策层面来看，国家积极推进 “东数西算” 工程，对数据中心的能耗指标提出了严格要求。多个数据中心集群明确了 PUE 值建设目标，要求数据中心电能利用效率指标基本控制在 1.25 以内。这使得数据中心运营商必须采用更高效的散热技术来降低能耗，以满足政策要求，液冷技术成为实现这一目标的关键。从市场需求来看，随着人工智能应用的不断拓展，如智能安防、智能医疗、智能交通等领域对算力的需求持续增长，数据中心需要不断提升算力以满足市场需求。而高算力带来的高热密度问题，使得液冷技术成为数据中心建设和升级的必然选择。据市场研究机构预测，2028 年全球数据中心规模将突破 6000 亿美元，数据中心冷却系统成本占比 15% 以上，其中液冷成本占比 80% 以上，预估 2028 年液冷渗透率将达 50%，市场规模将超 360 亿美元。国内市场方面，2024 年中国液冷数据中心市场规模达 110.1 亿元，预计 2027 年将达 315.5 亿元，未来三年增速超 40%。尤其是在智算领域，预计 2027 年市场规模将达 88.3 亿元。

供应链布局与产业生态构建

在液冷技术市场需求的牵引下，相关供应链也在不断完善和布局。从上游来看，冷却液、冷板等原材料和零部件供应商积极投入研发，提升产品性能和质量。例如，一些企业研发出了具有更高导热性能和稳定性的冷却液，以及更高效的冷板产品。中游的液冷系统集成商则整合各方资源，为数据中心提供整体解决方案。像曙光数创、浪潮信息等企业，不仅推出了多种类型的液冷产品，还提供从设计规划、设备选型到安装交付、运维保障的全生命周期服务。下游的数据中心运营商则根据自身需求，选择合适的液冷解决方案，推动了液冷技术的实际应用。同时，产业链上下游企业之间加强合作，共同构建产业生态。例如，东阳光与中际旭创携手设立合资公司，聚焦液冷散热整体解决方案的全球市场推广，整合双方在技术研发、产业资源及市场渠道等方面的优势，全力推动液冷技术的创新应用。

发展趋势与展望

展望未来，液冷技术将朝着更高效率、更低成本、更智能化的方向发展。随着芯片功率的进一步提升，对液冷技术的散热能力提出了更高要求，新型的散热材料和技术将不断涌现。同时，随着市场规模的扩大和技术的成熟，液冷系统的成本将逐渐降低，进一步提高其市场渗透率。在智能化方面，通过引入物联网、大数据等技术，实现对液冷系统的实时监测和智能调控，提高系统的可靠性和运维效率。总之，液冷技术作为智算时代数据中心散热的核心技术，将在推动数据中心高效、绿色发展方面发挥重要作用，为人工智能等新兴技术的持续发展提供坚实的支撑。