AI 熱浪來襲，液冷勢在必行
在 AI 算力狂飆的今天，數據中心正面臨前所未有的“熱力挑戰”。傳統風冷已力不從心，而直接芯片液冷（Direct-to-Chip Cooling，D2C）正成為下一代 AI 數據中心的“冷靜”之選。瑞技全球系統與制冷方案售前工程經理 Curtis Breville 將在本文深入剖析 D2C 直接芯片液冷的技術原理、優勢、部署方式、現實挑戰，與其在 AI 數據中心的未來前景。
原文作者：
Curtis Breville 是瑞技全球系統與制冷方案售前工程經理，在 IT 行業擁有超過 34 年的從業經驗，并在數據中心基礎設施領域深耕超過25年。他在液冷、數據存儲、系統集成，以及 AI 就緒環境建設等方面積累了深厚的專業知識，曾先后在 CoolIT Systems、AHEAD 和戴爾等全球知名企業擔任領導職務，致力于推動高性能計算（HPC）和 AI 工作負載的先進制冷解決方案。Curtis 對直接芯片液冷（Direct-to-Chip Cooling）和下一代熱管理技術的深刻理解，使他成為數據中心效率與可持續發展領域備受推崇的權威專家。
液冷需求日益增長
AI 數據中心的硬件性能正以驚人速度提升，散熱問題已成為行業發展的瓶頸。以英偉達 Blackwell GB200為例，這款由雙 Blackwell B200 GPU 和 Arm Grace CPU 組成的處理器，在 1750 億參數的 GPT-3 基準測試中，性能是 H100 的 7 倍，訓練速度提升 4 倍。然而，性能躍升的同時，其散熱需求也水漲船高——GB200 NVL72 機柜功率高達 120kW，遠超傳統風冷應對極限。
數據中心制冷技術必須不斷發展，才能滿足其所支持的 IT 系統日益增長的需求。過去，風冷系統通過優化冷源位置，和密封冷熱通道的方案，來適應更高的熱密度散熱需求。但是，當機架密度超過 20kW 時，傳統方法的收益逐漸減少。像廣受 AI 數據中心青睞的英偉達 NVIDIA Blackwell GB200 這樣的高性能芯片，它們產生的熱量使傳統風冷技術無法提供足夠的散熱支持。液冷技術，已從“可選升級”變為“生存剛需”，直接芯片（D2C，direct-to-chip）單相液冷技術也成為高性能 AI 數據中心的首選解決方案。
直接芯片液冷的工作原理——精準散熱的“冷靜哲學”
直接芯片液冷（D2C, direct-to chip），也就是芯片冷板液冷，其核心在于將冷板直接安裝在發熱組件（如 CPU，GPU，內存模塊）上，通過單相冷板或兩相冷板來吸收并帶走芯片的熱量。專用冷卻液在冷板內高速循環，精準吸收熱量，隨后流入冷卻劑分配單元 CDU 進行散熱，再循環利用。而 CDU 主要分為兩大類型：
液-氣 CDU（L2A，liquid to air CDU）：通過風扇將冷卻液降溫后循環使用，適用于缺乏水冷基礎設施的數據中心。?
液-液 CDU（L2L，liquid to liquid CDU）：利用數據中心現有的冷卻水進行散熱，效率更高，但需要對傳統數據中心進行適應性改造。?
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單相液冷和兩相液冷的一個關鍵區別在于是否會產生相變，單相液冷的冷卻液始終保持液態，而兩相液冷的冷卻液會汽化再凝結成液體。雖然兩相液卻效率更高，但其成本和復雜度較高，因此目前大多數 AI 數據中心選擇?D2C 單相直接芯片液冷技術。
CDU 的規模與部署方式——“量體裁衣”的散熱方案
數據中心可根據工作負載的強度、場地布局和現有制冷基礎設施，選擇不同尺寸和部署方式的 CDU，主要類型包括：
- 機架式 CDU：通常是一個 4U 大小的緊湊型單元，部署在服務器機架內，通過歧管系統為機架內所有服務器分配冷卻液散熱。
- 行式 CDU：安裝在機架行末或行中，通過二次流體網絡（SFN）為多個機架散熱。
- 設施式 CDU：大型數據中心制冷解決方案，部署在獨立的機房中，支持多兆瓦級散熱。需要強大的 SFN 設計來有效分配冷卻液。
- 后門熱交換器（RDHx）：掛載在服務器機架的后門，使用冷卻水或特制的冷卻液吸收機架排出的熱空氣，達到局部散熱效果。
D2C 直接芯片液冷優勢——更快，更省，更綠
AI 負載比傳統數據中心服務器要求更高的功率密度，因此制冷效率是一個重要因素。直接芯片液冷相比傳統風冷和浸沒液冷方案，具有以下幾個明顯優勢：
- 高效散熱：通過直接將熱量從處理器傳遞給冷卻液，顯著降低熱阻，提高冷卻效率。
- 節能降耗：傳統風冷系統需要大量的風扇和散熱器來保持最佳溫度，而 D2C 液冷能顯著降低能耗，從而節省長期的運營成本。
- 靈活擴展：通過模塊化的 CDU 設計，數據中心可以在不大規模改造設施的情況下，逐步升級制冷基礎設施。
- 節約用水：與傳統的蒸發制冷不同，D2C液冷系統采用閉環冷卻液循環，最大限度地減少用水量，更加綠色環保。
液冷普及的挑戰與未來趨勢
盡管液冷前景光明，但它的推廣仍面臨一些挑戰：
- 老舊設施改造：為風冷設計的老舊數據中心，需要進行基礎設施升級，才能支持 L2L 液冷，初期成本較高。
- 冷卻液選擇：需要選擇兼顧熱導性、耐腐蝕性和耐久性的理想冷卻液。
- 標準化難題：雖然行業內有推動液冷標準的聲音，但 CDU 型號、管路設計和冷卻液配方的差異仍然帶來兼容挑戰。
AI 數據中心液冷的未來
隨著 AI 工作負載越來越密集，耗電量越來越大，液冷技術也會不斷進步。行業正朝著混合制冷解決方案轉型，將 D2C 直接芯片液冷與后門熱交換器結合，來實現最大化制冷效率。同時，如果數據中心能有足夠水源，L2L CDUs（液-液單相制冷單元）也會更受歡迎，進一步提升性能和可持續性。
瑞技：您的“冷靜智囊”——助力 AI 數據中心高效運行
直接芯片液冷已成為 AI 數據中心的首選解決方案，它能提供卓越的效率、可擴展性和長期成本效益。隨著處理器性能不斷提升，散熱需求日益增長，數據中心必須采用創新型制冷技術來保持高性能與可持續發展。深入了解 D2C 直接芯片液冷技術及其部署策略，對于在現代 AI 基礎設施種做出明智決策至關重要。
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