服务器液冷散热设计技术框架与发展建议

服务器液冷散热设计技术框架与发展建议

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/jl573527993/article/details/145534090

导读：随着数据中心算力需求的持续增长，传统的风冷散热技术已难以满足高密度计算场景的需求。液冷技术作为下一代散热解决方案，正逐渐成为行业关注的焦点。本文从技术框架、发展趋势和应用建议等多个维度，深入探讨了服务器液冷散热设计的关键技术和未来发展方向。

液冷技术框架概述

《冷板液冷服务器设计白皮书》系统性地阐述了液冷技术的分类、核心部件选型、服务器设计要求及实际应用场景，为液冷技术的规模化应用提供了理论支撑和实践参考。其技术框架可概括为以下核心模块：

1. 液冷技术分类与对比

• 非接触式液冷（冷板式）：通过冷板间接散热，兼容传统机柜部署，PUE 1.1-1.2，运维复杂度低，适合平滑过渡场景。
• 接触式液冷：包括浸没式（单相/相变）与喷淋式，PUE 可降至 1.05-1.1，但需定制化机柜，运维复杂，适合高密度算力场景。

• 技术选择权衡：冷板式因部署灵活、成本可控成为主流；浸没式在超算领域优势显著，但需解决兼容性与运维难题。

2. 冷板式液冷核心组件

• 冷却液：主流采用乙二醇溶液（20%-30%浓度），兼顾防冻与散热效率；去离子水需额外防腐处理。
• 快接头：盲插快接头逐步替代手插接头，支持自动化运维，需提升密封性与兼容性。
• 冷量分配单元（CDU）：集中式 CDU 适合大规模部署，可靠性高；分布式 CDU 简化部署，但冗余能力弱。

• 冷板与管路设计：铜材质冷板+耐压软管（FEP/EPDM），需强化漏液检测与隔离机制。

3. 液冷服务器设计要求

• 整机柜：支持盲插水电总线、柜级漏液监控、2N 冗余供电，AI 算力需覆盖 CPU/GPU 液冷。
• 单节点：优化能源效率（如 VRD 电源、智能调速）、提升可维护性（热插拔设计）、强化安全管理（芯片级可信根）。

4. 液冷带来的系统性变化

• 交付模式：模式三（服务器+机柜+CDU+管路）成熟度最高，但需解决厂商捆绑问题。
• 机房配套：承重要求提升至 1000-1200kg/柜，需适配高架地板与二次侧管路布局。
• 运维变革：液冷系统需新增补液、漏液检测等流程，浸没式液冷对存储与 IO 兼容性限制较大。

当前液冷技术发展趋势

1. 新型冷却液开发

• 氟化液与纳米流体：氟化液（如 3M Novec）具备高绝缘性，可提升浸没式液冷安全性；纳米流体通过添加颗粒增强传热效率，但成本较高。
• 相变材料应用：相变浸没式液冷通过气液相变提升散热能力，但需优化冷凝回收系统。

2. 智能化与模块化设计

• 智能监控系统：集成 AI 算法预测冷却需求，实现动态流量调节与故障预警（如华为 iCooling）。
• 预制化模块：工厂预装二次侧管路与 CDU，缩短现场部署周期（如曙光数创方案）。

3. 绿色节能技术

• 自然冷源利用：结合气候条件，采用干冷器或冷却塔实现免费冷却，降低 PUE。
• 余热回收：将服务器废热用于建筑供暖或区域供能，提升能源综合利用效率。

液冷散热设计发展建议

基于技术框架与行业现状，未来液冷散热设计需从技术研发、制造工艺、标准化建设及成本优化四大维度突破：

1. 技术研发方向

• 强化冷板式液冷性能：
• 开发微通道冷板结构，提升散热面积与均温性；
• 探索石墨烯等新型导热材料，降低冷板热阻。
• 推动浸没式液冷商业化：
• 优化氟化液循环系统，降低蒸发损耗与运维成本；
• 研发兼容性更强的服务器组件（如防腐蚀电源模块）。
• 智能运维系统集成：
• 部署物联网传感器实时监测流量、温度与漏液；
• 构建数字孪生平台，模拟液冷系统运行状态并优化能效。

2. 制造工艺优化

• 精密加工技术：
• 采用激光焊接工艺提升冷板密封性，减少漏液风险；
• 优化管路弯折工艺，降低流阻与压降。
• 模块化设计：
• 推广盲插快接头标准化接口，实现跨厂商设备兼容；
• 开发可拆卸冷板模组，简化维护流程。

3. 标准化与生态建设

• 制定行业统一标准：
• 明确冷却液参数、快接头规格、CDU 冗余机制等技术规范；
• 推动开放接口协议（如 OCP 标准），打破厂商技术壁垒。
• 构建协同创新生态：
• 联合 IT 设备商、冷却液供应商、IDC 运营商成立产业联盟；
• 建立液冷技术测试认证中心，加速技术迭代与场景适配。

4. 成本控制策略

• 全生命周期成本优化：
• 通过规模化生产降低冷板与 CDU 制造成本；
• 推广乙二醇溶液替代高价氟化液，平衡性能与经济性。
• 能效与资源复用：
• 利用液冷低 PUE 特性获取政府能效补贴；
• 探索冷却液循环再生技术，减少更换频次。

应用场景拓展建议

1. 高密度算力场景

• AI 训练集群、超算中心优先采用浸没式液冷，最大化散热效率；
• 边缘数据中心推广冷板式液冷，兼顾部署灵活性与低运维门槛。

2. 绿色数据中心建设

• 结合“东数西算”工程，在气候寒冷地区部署液冷系统，利用自然冷源降低 PUE；
• 试点液冷余热回收项目，打造“零碳数据中心”示范案例。

3. 行业定制化方案

• 金融行业侧重高可靠性与快速交付（如超聚变整柜方案）；
• 互联网与 IDC 领域聚焦模块化设计与智能运维（如华为全栈方案）。

总结

液冷技术是突破数据中心能效瓶颈的核心路径，但其规模化应用仍需解决技术成熟度、成本压力与生态协同等挑战。未来，行业需以冷板式液冷为过渡主力，持续优化浸没式液冷技术，推动标准化与智能化升级，同时结合绿色能源政策，构建高效、低碳的散热体系。通过技术研发、工艺创新与生态共建，液冷散热设计有望在 3-5 年内实现从“示范应用”到“全面普及”的跨越，为全球算力基础设施的可持续发展提供关键支撑。