AI 热浪来袭，液冷势在必行
在(zai) AI 算力(li)狂飙的(de)(de)今天，数据(ju)中(zhong)心(xin)(xin)正面临前(qian)(qian)所未有(you)的(de)(de)“热力(li)挑(tiao)战(zhan)(zhan)”。传统风冷(leng)已力(li)不从心(xin)(xin)，而直接(jie)(jie)芯片(pian)液冷(leng)（Direct-to-Chip Cooling，D2C）正成(cheng)为下一(yi)代 AI 数据(ju)中(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)“冷(leng)静”之(zhi)选。瑞(rui)技(ji)全球系统与(yu)制冷(leng)方(fang)案售(shou)前(qian)(qian)工程经理 Curtis Breville 将在(zai)本文深入剖析 D2C 直接(jie)(jie)芯片(pian)液冷(leng)的(de)(de)技(ji)术原理、优(you)势、部署方(fang)式、现实(shi)挑(tiao)战(zhan)(zhan)，与(yu)其在(zai) AI 数据(ju)中(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)未来前(qian)(qian)景。
原文作者：
Curtis Breville 是瑞技全球系统与制冷(leng)方(fang)(fang)案售前工(gong)程经(jing)理，在 IT 行业(ye)拥有(you)超过 34 年的(de)(de)从(cong)业(ye)经(jing)验，并(bing)在数(shu)(shu)据中心基础设(she)施领域深(shen)耕超过25年。他在液冷(leng)、数(shu)(shu)据存(cun)储、系统集成，以及 AI 就(jiu)绪环境建设(she)等(deng)方(fang)(fang)面积累(lei)了深(shen)厚的(de)(de)专(zhuan)业(ye)知识(shi)，曾先后在 CoolIT Systems、AHEAD 和戴尔等(deng)全球知名企业(ye)担任领导职(zhi)务，致力(li)于(yu)推动高性能计(ji)算（HPC）和 AI 工(gong)作(zuo)负(fu)载的(de)(de)先进制冷(leng)解决方(fang)(fang)案。Curtis 对直接芯片液冷(leng)（Direct-to-Chip Cooling）和下(xia)一代热管理技术(shu)的(de)(de)深(shen)刻理解，使他成为数(shu)(shu)据中心效率与可持续发展领域备(bei)受推崇的(de)(de)权威专(zhuan)家。
液冷需求日益增长
AI 数据中心的硬件性(xing)能正以惊人速度提升，散(san)热问题已成为(wei)行(xing)业发展的瓶颈。以英伟(wei)达(da) Blackwell GB200为(wei)例，这款由双 Blackwell B200 GPU 和 Arm Grace CPU 组(zu)成的处(chu)理器，在 1750 亿参数的 GPT-3 基准(zhun)测试中，性(xing)能是 H100 的 7 倍，训练速度提升 4 倍。然而(er)，性(xing)能跃(yue)升的同时(shi)，其散(san)热需求(qiu)也水涨船高——GB200 NVL72 机(ji)柜(ju)功(gong)率高达(da) 120kW，远超传(chuan)统风冷应对极(ji)限。
数据中心制冷技术必须不断发展，才能满足其所支持的 IT 系统日益增长的需求。过去，风冷系统通过优化冷源位置，和密封冷热通道的方案，来适应更高的热密度散热需求。但是，当机架密度超过 20kW 时，传统方法的收益逐渐减少。像广受 AI 数据中心青睐的英伟达 NVIDIA Blackwell GB200 这样的高性能芯片，它们产生的热量使传统风冷技术无法提供足够的散热支持。液冷技术，已从“可选升级”变为“生存刚需”，直接芯片（D2C，direct-to-chip）单相液冷技术也成(cheng)为(wei)高(gao)性能 AI 数(shu)据中心的首选(xuan)解决(jue)方案。
直接芯片液冷的工作原理——精准散热的“冷静哲学”
直接芯(xin)片(pian)(pian)(pian)液(ye)冷(leng)(leng)（D2C, direct-to chip），也就是芯(xin)片(pian)(pian)(pian)冷(leng)(leng)板(ban)液(ye)冷(leng)(leng)，其(qi)核心(xin)在(zai)于将冷(leng)(leng)板(ban)直接安装在(zai)发(fa)热(re)组件（如 CPU，GPU，内存模块）上，通过单相冷(leng)(leng)板(ban)或两相冷(leng)(leng)板(ban)来吸收并带走(zou)芯(xin)片(pian)(pian)(pian)的热(re)量。专用冷(leng)(leng)却液(ye)在(zai)冷(leng)(leng)板(ban)内高速(su)循(xun)环(huan)，精准吸收热(re)量，随后流(liu)入(ru)冷(leng)(leng)却剂分配(pei)单元 CDU 进(jin)行散热(re)，再循(xun)环(huan)利用。而(er) CDU 主要分为(wei)两大类型(xing)：
液-气 CDU（L2A，liquid to air CDU）：通过风(feng)扇将冷(leng)却液降温(wen)后循(xun)环使用，适用于缺乏(fa)水冷(leng)基础(chu)设(she)施(shi)的数(shu)据中心。
液-液 CDU（L2L，liquid to liquid CDU）：利用数据(ju)中心(xin)现有的冷却水进行散热(re)，效率更高，但需要对传(chuan)统数据(ju)中心(xin)进行适应性改造。
单相液冷和两相液冷的一个关键区别在于是否会产生相变，单相液冷的冷却液始终保持液态，而两相液冷的冷却液会汽化再凝结成液体。虽然两相液却效率更高，但其成本和复杂度较高，因此目前大多数 AI 数据中心选择 D2C 单相直接芯片液冷技术。
CDU 的规模与部署方式——“量体裁衣”的散热方案
数据(ju)中(zhong)心(xin)可(ke)根据(ju)工作负载的(de)强度、场地布局和现有制冷基(ji)础设(she)施，选择不同尺寸和部署方(fang)式的(de) CDU，主(zhu)要类型包(bao)括：
- 机架式 CDU：通常是一个 4U 大小的紧凑型单元，部署在服务器机架内，通过歧管系统为机架内所有服务器分配冷却液散热。
- 行式 CDU：安装在机架行末或行中，通过二次流体网络（SFN）为多个机架散热。
- 设施式 CDU：大型数据中心制冷解决方案，部署在独立的机房中，支持多兆瓦级散热。需要强大的 SFN 设计来有效分配冷却液。
- 后门热交换器（RDHx）：挂载在服务器机架的后门，使用冷却水或特制的冷却液吸收机架排出的热空气，达到局部散热效果。
D2C 直接芯片液冷优势——更快，更省，更绿
AI 负载比传(chuan)统(tong)数据中心服务器要求更高的功率(lv)密度(du)，因此制冷效(xiao)率(lv)是(shi)一个(ge)重要因素(su)。直接芯片液冷相比传(chuan)统(tong)风冷和浸(jin)没液冷方案，具有以下几个(ge)明显优(you)势：
- 高效散热：通过直接将热量从处理器传递给冷却液，显著降低热阻，提高冷却效率。
- 节能降耗：传统风冷系统需要大量的风扇和散热器来保持最佳温度，而 D2C 液冷能显著降低能耗，从而节省长期的运营成本。
- 灵活扩展：通过模块化的 CDU 设计，数据中心可以在不大规模改造设施的情况下，逐步升级制冷基础设施。
- 节约用水：与传统的蒸发制冷不同，D2C液冷系统采用闭环冷却液循环，最大限度地减少用水量，更加绿色环保。
液冷普及的挑战与未来趋势
尽管液冷前景光明，但它的(de)推广仍面临一些(xie)挑战：
- 老旧设施改造：为风冷设计的老旧数据中心，需要进行基础设施升级，才能支持 L2L 液冷，初期成本较高。
- 冷却液选择：需要选择兼顾热导性、耐腐蚀性和耐久性的理想冷却液。
- 标准化难题：虽然行业内有推动液冷标准的声音，但 CDU 型号、管路设计和冷却液配方的差异仍然带来兼容挑战。
AI 数据中心液冷的未来
随着(zhe) AI 工作负载越(yue)(yue)来越(yue)(yue)密集，耗(hao)电量越(yue)(yue)来越(yue)(yue)大，液(ye)冷(leng)技(ji)术也会不断进步。行业正(zheng)朝着(zhe)混(hun)合制冷(leng)解(jie)决方案转型，将 D2C 直接(jie)芯(xin)片(pian)液(ye)冷(leng)与(yu)后门热交换器(qi)结合，来实(shi)现最大化(hua)制冷(leng)效率。同时，如果数据中(zhong)心(xin)能(neng)有(you)足够水源，L2L CDUs（液(ye)-液(ye)单(dan)相(xiang)制冷(leng)单(dan)元）也会更受欢迎，进一步提(ti)升性(xing)能(neng)和可持续性(xing)。
瑞技：您的“冷静智囊”——助力 AI 数据中心高效运行
直接芯片液冷已成为 AI 数(shu)据(ju)中心的(de)首选解(jie)决方(fang)案，它能(neng)提供卓越(yue)的(de)效(xiao)率、可扩展性和长期成本效(xiao)益。随着处理器性能(neng)不(bu)断提升，散(san)热(re)需求日益增长，数(shu)据中心必须采用创新型制冷技(ji)术来(lai)保持(chi)高性能(neng)与可持(chi)续发展。深入了解(jie) D2C 直(zhi)接芯片液冷技(ji)术及(ji)其部署(shu)策略，对于在现代 AI 基础(chu)设施(shi)种做出明智决策至关(guan)重要。
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