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当下,单颗GPU功耗迈向千瓦级、AI机柜功率不断突破100kW甚至更高,空气换热能力有限的问题开始凸显,液冷正在从HPC等特殊场景中的辅助方案,加速成为AI数据中心的重要基础设施。
从换热方式看,AIDC液冷主要包括冷板式、浸没式和喷淋式;其中冷板和浸没又可按工质是否发生相变分为单相和两相。RDHx(后门换热器)由于液体不进入服务器内部,本文将之作为近端冷却方案单独讨论。
国内外液冷重点企业核心能力一览

01单相冷板液冷当前AI数据中心的主流路线
基本原理
在CPU、GPU、ASIC等高发热芯片上方安装金属冷板,芯片产生的热量经过导热界面材料传递到冷板,再由冷板内部持续循环的液体带走。整个过程中,冷却液始终保持液态,不发生沸腾或汽化,因此称为“单相”。
其典型热传递路径可以概括为:
芯片 → TIM导热材料 → 冷板 → 冷却液 → Manifold → CDU → 设施侧冷源

产业化阶段:成熟规模商用
从目前的产业化程度看,单相冷板是六类路线中供应链最完整、规模部署最充分的方案,也是当前AI数据中心液冷的主流。
尤其适用于AI训练集群、高性能计算HPC和高密度智算中心,既可用于几十千瓦级机柜,也已广泛延伸至当前100kW以上的高功率AI机柜。
企业格局
代表性企业包括:CoolIT Systems、Motivair by Schneider Electric、Vertiv、JetCool(Flex)。
国内已经形成比较完整的产业生态。
在液冷设备/温控侧,代表企业包括:英维克、申菱环境、高澜股份、同飞股份等。
在服务器和系统方案侧,主要包括:中兴通讯、新华三、浪潮信息等。
02两相冷板液冷瞄准下一代超高热流密度芯片
基本原理
两相冷板在外观上可能与普通冷板非常相似,但内部换热机制完全不同。两相冷板使用低沸点工质。当芯片工作并产生大量热量时,工质会在冷板内部经历液态 → 沸腾汽化 → 蒸汽输运与冷凝 → 液态的循环。
整个过程利用工质的汽化潜热,在合适的系统设计下,可用相对较低的循环流量支持更高热流密度的散热需求。

产业化阶段:产品化及规模导入前期
两相冷板已经从实验室走向产品化,但整体仍处于规模导入前期。
现阶段其市场体量远小于单相冷板,但随着AI芯片功耗继续上升,产业战略价值正在快速提高。
企业格局
海外目前辨识度较高的是:ZutaCore、Accelsius。
国内值得重点关注的企业包括:英维克、新华三、曙光数创、高澜股份等。
03单相浸没液冷让服务器直接“泡”在冷却液里
基本原理
单相浸没的思路比冷板更加直接,服务器或相关电子器件整体浸入绝缘介电冷却液中。CPU、GPU、内存、VRM、PCB等部件都可以直接与冷却液进行热交换。
服务器工作产生热量后:介电液升温 → 循环至换热器 → 降温 → 返回浸没Tank,整个过程中冷却液始终保持液态,因此称为单相浸没。

产业化阶段:已商业化,应用场景集中
单相浸没本身已经不是实验室技术。目前已经在HPC、超高密度算力、边缘数据中心、特殊环境数据中心、部分AI算力中心实现商业化应用。
但从AI数据中心整体规模来看,其普及度仍明显低于冷板液冷。
企业格局
海外代表企业更专业化,包括:Submer、GRC、Asperitas、LiquidStack等。
国内单相浸没领域,专业设备和整体方案企业可以重点关注:佳力图、兰洋科技、绿色云图、云酷智能、英维克等。
服务器和系统方案侧,则可以关注:浪潮信息、新华三等。
04两相浸没液冷散热能力强,但技术壁垒更高
基本原理
两相浸没同样将服务器浸入绝缘介电冷却液中。不同的是,其使用的是低沸点工质。芯片发热以后,冷却液直接在发热器件表面沸腾:液体 → 蒸汽。蒸汽向上运动,在Tank顶部冷凝器中重新冷凝:蒸汽 → 液体。
随后在重力作用下重新回落。整个过程利用了工质的汽化潜热,因此具有非常强的热量搬运能力。

产业化阶段:已商业化,整体渗透率较低
技术本身已经实现商业化,但从全球市场看,真正具备成熟产品并实现一定规模工程应用的企业仍然有限。
因此,两相浸没属于:技术能力较强,但产业渗透率仍较低。
企业格局
这一领域目前企业数量并不多,因此相比“宣布布局”,更值得关注的是:产品化、长期运行和规模交付能力。
海外最具辨识度的企业之一是:LiquidStack。
国内具有较强产业代表性的企业是:曙光数创。芯寒智能等新兴企业也已经推出相变浸没产品及解决方案,正在进入市场导入阶段。
05喷淋式液冷精准瞄准芯片热点
基本原理
喷淋式液冷不像冷板一样将液体完全封在换热器内部,也不需要像浸没式一样把整个服务器泡进液体。它通过喷头,将具有绝缘性能的冷却液直接喷向CPU、GPU等发热器件。冷却液吸收热量后被集中回收,再经过换热、冷却和循环重新进入喷头。

产业化阶段:已有应用,仍属小众路线
整体属于:已有实际项目,但仍相对小众,更适合特殊高热场景以及部分定制化数据中心。
06RDHx(后门换热器)存量数据中心升级的重要补充
基本原理
RDHx(后门换热器)和前面几种最大的不同是:液体不会进入服务器内部。
服务器仍然依靠风扇把热量传递给空气。热空气离开服务器和机柜时,再经过安装在机柜后门上的液—气换热器:
服务器 → 热空气 → RDHx → 水/水基工质

产业化阶段:成熟商用
RDHx本身已经是相对成熟的产品。尤其在传统数据中心升级和混合冷却场景中,具有比较明确的商业价值。
企业格局
海外新兴参与者包括:AIRSYS、HyprCool等。
比较具有代表性的企业是:广东合一。
07液冷技术发展趋势

未来液冷更可能沿着两个方向同时演进:
两条路径最终都指向同一个目标:降低芯片到冷却系统之间的等效热阻,并提升高热流密度场景下的稳定散热能力。
液冷产业将逐渐从过去的单一设备竞争,转向芯片、服务器、液冷设备和数据中心基础设施之间的系统协同竞争。
谁能够把芯片产生的热量稳定、高效地一路送出数据中心,并形成可靠、可批量复制、可长期运行的解决方案,谁才更有可能在AI算力时代的液冷市场中占据真正的核心位置。
(注:以上内容不构成投资建议。如有不妥之处,欢迎批评指正。转自公众号:浙江省半导体行业协会)