这种芯片冷却技术，火爆全球

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来源：本文 编译自 hpcwired ，谢谢。

预计未来两年内，液冷数据中心的数量将从不到1%的市场份额增长到所有安装量的30%左右。如此惊人增长背后的原因显而易见——处理器的功率每6个月就会快速增长，每个机架的功率也随之增长。因此，数据中心温度不断升高，而空气冷却技术已走到了尽头。超大规模数据中心运营商不再考虑是否应该使用液冷技术，而是想知道应该使用哪种技术，以及能够多快启动并运行。本文将深入探讨当今可用的各种选项，以便您根据特定应用做出最佳决策。

如下图所示，液体冷却主要分为两类：浸入式和直接芯片式，每种冷却方式都有单相和双相两种方案。人们通常将直接芯片式冷却称为“冷板冷却”，因为它使用的冷板直接放置在 CPU 或 GPU 的顶部。而浸入式冷却则使用大型重型水箱代替标准机架，并在水箱内注入液体。服务器和设备直接浸入液体中。

浸入式冷却概述：充满液体的容器

浸没式液体冷却有两种类型。单相浸没式冷却使用储罐中的油性液体吸收热量。加热后的液体上升到储罐顶部，然后被泵送到热交换单元，该单元冷却液体并将其送回容纳硬件的储罐。

单相浸没式的优缺点如下：

• 优点：能够消除服务器 100% 的热量。

• 缺点：由于油液上升到油箱顶部并被泵送冷却的速度较慢，因此它只能冷却最大功耗为 500 瓦的处理器和芯片。大型笨重的油箱需要大量的数据中心基础设施投资，维护成本高昂，并且经常需要停机。油液在高温下也可能易燃，由于油箱体积较大，需要进行大量维护。由于所有设备都直接浸入液体中，因此设备损坏也存在风险。

两相浸入式冷却采用低沸点的介电流体代替油。热量使流体沸腾，产生蒸汽 ，蒸汽上升 到水箱顶部，由管道网络提供流动的冷却水。蒸汽冷凝后滴回水箱。

双相浸泡的优缺点如下：

• 优点：这种方法可以有效地去除 100% 的热量，并且使用电介质液体可以确保 IT 设备的安全。

• 缺点：大型笨重的储罐需要大量的数据中心基础设施投资，维护成本高昂，并且经常需要停机。储罐内的组件不仅需要与介电液体兼容以防止损坏，而且储罐内的沸腾过程通常会将主板、焊接和其他设备上的物质蒸发掉。这一过程可能会损害设备的使用寿命，而且随着物质的脱落，需要不断过滤，这需要大型过滤器。储罐需要定期维护，并且打开储罐时，介电液体的蒸汽会释放到大气中。

直接芯片液冷概述：位于 GPU/CPU 顶部的冷板

直接芯片冷却由位于 CPU 或 GPU 顶部的冷板组成。与浸入式冷却（将设备浸入大型水箱中的液体中）不同，直接芯片冷却中使用的液体包含在紧凑的冷板内。

直接芯片液体冷却包括单相或双相工艺。单相直接芯片冷却使用水或水-乙二醇混合物作为冷却板中的冷却剂。水保持液态，这种方法的散热能力取决于水流量。

以下是单相直接芯片冷却的优缺点：

• 优点：冷板无需使用浸入式冷却所需的大型、昂贵的水箱。

• 缺点：如果冷却板中的水没有持续过滤和维护，使用水会带来腐蚀风险，一次泄漏就可能对服务器造成灾难性的后果。由于冷却依赖于持续的水流，芯片温度越高，所需的水流量就越大。这种设计需要高压和高流量、更大的管道、管子和连接器，以及耗电的泵来持续输送水。

与单相直接芯片冷却不同，双相直接芯片冷却不使用冷板中的水，而是使用导热流体，这对于IT设备而言是100％安全的。GPU和CPU产生的热量使导热流体在低温下沸腾，吸收热量并使芯片保持恒温。这个过程类似于沸水使锅底保持在100⁰C，只是温度较低。当冷板内的液体沸腾时，冷板中的液体永远不会超过沸点。这种效果使该技术具有高度可扩展性，可用于冷却未来温度更高的芯片。

以下是两相直接芯片冷却的优缺点：

• 优点：这种方法几乎不需要对数据中心基础设施进行任何改动，导热流体也无需过滤、平衡或更换。液体处于封闭系统中，这意味着它不会释放到大气中。冷板和服务器中不使用水，消除了漏水的风险，而且由于液体的温度永远不会超过沸点，即使芯片未来温度升高，它也能无缝运行。

• 缺点：液冷仅用于 CPU/GPU 散热。其他组件（例如内存和 I/O）仍然需要风冷。

液体冷却市场正变得像芯片一样火爆

根据最近的研究报告，液体冷却市场预计将从2024 年的 56.5 亿美元增长到 2034 年的 484.2 亿美元。这种巨大增长的原因很明显：随着人工智能工厂和数据中心内部的热量上升到前所未有的水平，根本没有其他方法来支持人工智能的建设。

幸运的是，正如本文所强调的，有许多不同类型的液冷技术可用于散热，每种技术都有其优缺点。随着芯片功率的不断提升，确保所选的冷却解决方案能够适应下一代芯片至关重要。数据中心、AI工厂和超大规模计算中心需要决定哪种解决方案更适合他们当前的需求，并满足他们近期的需求。最终，这一选择将基于性能、成本、功耗、易用性、可扩展性和可持续性。

https://www.hpcwire.com/2025/05/06/which-liquid-cooling-is-right-for-you-immersion-and-direct-to-chip-explained/

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