AC米兰官网-不同液冷散热技术详解

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　　液冷的工作原理是以液体作为冷媒， 利用液体的高热容和高热传导性能，通过液体流动将IT设备的内部元器件产生的热量传 递到设备外，使IT设备的发热器件得到冷却，以保证IT设备在安全温度范围内运行（本 文主要讨论数据中心应用场景下的液冷技术）。

　　根据冷却液与发热器件的接触方式不同， 可以分为间接液冷和直接液冷。间接液冷是指服务器热源与冷却液之间没有直接接触的 换热过程，以冷板式液冷技术为主。直接液冷是指将发热部件与冷却液直接接触的冷却 方式，包括浸没式和喷淋式液冷技术。其中又可以根据冷却液是否会发生液态到气态的 转变，将浸没式液冷分为单相浸没式液冷和双相浸没式液冷。当前，冷板式液冷和浸没 式液冷为液冷的主要形式。

　　液冷系统通用架构包括室外侧和室内侧两部分：室外侧包含冷却塔、一次侧管网、一 次侧冷却液；室内侧包含 CDU、液冷机柜、ICT 设备、二次侧管网和二次侧冷却液。室 外侧为外部冷源，通常为室外的冷水机组、冷却塔或干冷器，热量转移主要通过水温的升 降实现；室内侧包括供液环路和服务器内部流道，主要通过冷却液温度的升降实现热量 转移；两个部分通过CDU中的板式换热器发生间壁式换热。

　　冷板式液冷属于间接液冷，冷却液不与服务器芯片直接接触。冷板式液冷也被称作 芯片级液冷，技术原理是通过在服务器组件（如 CPU、GPU等高发热部件）上安装液冷 板（通常为铜铝等导热金属构成的封闭腔体），服务器组件通过导热部件将热量传导到液 冷板上，然后利用液冷板内部的液体循环将热量传递到远离服务器的散热单元；同时一 般会增设风冷单元为低发热元件进行散热。 冷板式液冷系统主要由冷却塔、CDU、一次侧 & 二次侧液冷管路、冷却介质、液冷 机柜组成；其中液冷机柜内包含液冷板、设备内液冷管路、流体连接器、分液器等。

　　浸没式液冷属于直接液冷，将发热器件浸没在冷却液中进行热交换，依靠冷却液流 动循环带走热量。 浸没式液冷系统室外侧包含冷却塔、一次侧管网、一次侧冷却液；室内侧包含 CDU、 浸没腔体、IT 设备、二次侧管网和二次侧冷却液。使用过程中 IT设备完全浸没在二次侧 冷却液中，因此二次侧循环冷却液需要采用不导电液体，如矿物油、硅油、氟化液等。 浸没式液冷根据冷却液换热过程中是否发生相变，可以进一步分为单相浸没式液冷和双相浸没式液冷技术。

　　在单相浸没式液冷中，冷却液在热量传递过程中仅发生温度变化，而不存在相态转 变。单相浸没式液冷的技术原理为：CDU循环泵驱动二次侧低温冷却液由浸没腔体底部 进入，流经竖插在浸没腔体中的IT设备时带走发热器件热量；吸收热量升温后的二次侧 冷却液由浸没腔体顶部出口流回 CDU；通过 CDU内部的板式换热器将吸收的热量传递 给一次侧冷却液；吸热升温后的一次侧冷却液通过外部冷却装置（如冷却塔）将热量排放 到大气环境中，完成整个冷却过程。

　　双相浸没式液冷的不同之处在于冷却液会发生相态转变。双相浸没式液冷的传热路 径与单相浸没液冷基本一致，主要差异在于二次侧冷却液仅在浸没腔体内部循环区域， 浸没腔体内顶部为气态区、底部为液态区；IT设备完全浸没在低沸点的液态冷却液中， 液态冷却液吸收设备热量后发生沸腾，汽化产生的高温气态冷却液因密度较小，会逐渐 汇聚到浸没腔体顶部，与安装在顶部的冷凝器发生换热后冷凝为低温液态冷却液，随后 在重力作用下回流至腔体底部，实现对IT设备的散热。

　　喷淋式液冷属于直接液冷，将冷却液精准喷洒于电子设备器件进行散热。冷却液借 助特制的喷淋板精准喷洒至发热器件或与之相连接的固体导热材料上，并与之进行热交 换，吸热后的冷却液换热后将通过回液管、回液箱等集液装置进行收集并通过循环泵输 送至CDU进行下一次制冷循环。 喷淋式液冷系统主要由冷却塔、CDU、一次侧 & 二次侧液冷管路、冷却介质和喷淋 式液冷机柜组成；其中喷淋式液冷机柜通常包含管路系统、布液系统、喷淋模块、回液系统等。

　　近年来，为了降冷系统电能消耗，业内对机房制冷技术进行了持续的创新和探索， 如间接蒸发冷却、冷板式液冷、浸没式液冷等。其中，间接蒸发技术的 PUE 可达 1.25，液冷技术则利用液体的高导热、高传热特性，在进一步缩短传热路径的同时充分利用自然冷源，可以实现数据中心 PUE 低至 1.1 的极佳节能效果。得益于绿色节能优势，近年来液冷技术也成为国家及地方政策明确鼓励采用的重要节能技术。

　　液冷技术，作为未来AI设备散热领域的新篇章，正逐步开启高效散热与性能提升的时代，为AI设备的稳定运行与持续发展注入强大动力。