AI 热浪来袭，液冷势在必行
在 AI 算力狂飙的今天，数据中心正面临前所未有的“热力挑战”。传统风冷已力不从心，而直接芯片液冷（Direct-to-Chip Cooling，D2C）正成为下一代 AI 数据中心的“冷静”之选。瑞技全球系统与制冷方案售前工程经理 Curtis Breville 将在本文深入剖析 D2C 直接芯片液冷的技术原理、优势、部署方式、现实挑战，与其在 AI 数据中心的未来前景。
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Curtis Breville 是瑞技全球系统与制冷方案售前工程经理，在 IT 行业拥有超过 34 年的从业经验，并在数据中心基础设施领域深耕超过25年。他在液冷、数据存储、系统集成，以及 AI 就绪环境建设等方面积累了深厚的专业知识，曾先后在 CoolIT Systems、AHEAD 和戴尔等全球知名企业担任领导职务，致力于推动高性能计算（HPC）和 AI 工作负载的先进制冷解决方案。Curtis 对直接芯片液冷（Direct-to-Chip Cooling）和下一代热管理技术的深刻理解，使他成为数据中心效率与可持续发展领域备受推崇的权威专家。
液冷需求日益增长
AI 数据中心的硬件性能正以惊人速度提升，散热问题已成为行业发展的瓶颈。以英伟达 Blackwell GB200为例，这款由双 Blackwell B200 GPU 和 Arm Grace CPU 组成的处理器，在 1750 亿参数的 GPT-3 基准测试中，性能是 H100 的 7 倍，训练速度提升 4 倍。然而，性能跃升的同时，其散热需求也水涨船高——GB200 NVL72 机柜功率高达 120kW，远超传统风冷应对极限。
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）单相液冷技术也成为高性能 AI 数据中心的首选解决方案。
直接芯片液冷的工作原理——精准散热的“冷静哲学”
直接芯片液冷（D2C, direct-to chip），也就是芯片冷板液冷，其核心在于将冷板直接安装在发热组件（如 CPU，GPU，内存模块）上，通过单相冷板或两相冷板来吸收并带走芯片的热量。专用冷却液在冷板内高速循环，精准吸收热量，随后流入冷却剂分配单元 CDU 进行散热，再循环利用。而 CDU 主要分为两大类型：
液-气 CDU（L2A，liquid to air CDU）：通过风扇将冷却液降温后循环使用，适用于缺乏水冷基础设施的数据中心。
液-液 CDU（L2L，liquid to liquid CDU）：利用数据中心现有的冷却水进行散热，效率更高，但需要对传统数据中心进行适应性改造。
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
数据中心可根据工作负载的强度、场地布局和现有制冷基础设施，选择不同尺寸和部署方式的 CDU，主要类型包括：
- 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 负载比传统数据中心服务器要求更高的功率密度，因此制冷效率是一个重要因素。直接芯片液冷相比传统风冷和浸没液冷方案，具有以下几个明显优势：
- 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，但它的推广仍面临一些挑战：
- 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 AI 工作负载越来越密集，耗电量越来越大，液冷技术也会不断进步。行业正朝着混合制冷解决方案转型，将 D2C 直接芯片液冷与后门热交换器结合，来实现最大化制冷效率。同时，如果数据中心能有足够水源，L2L CDUs（液-液单相制冷单元）也会更受欢迎，进一步提升性能和可持续性。
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 数据中心的首选解决方案，它能提供卓越的效率、可扩展性和长期成本效益。随着处理器性能不断提升，散热需求日益增长，数据中心必须采用创新型制冷技术来保持高性能与可持续发展。深入了解 D2C 直接芯片液冷技术及其部署策略，对于在现代 AI 基础设施种做出明智决策至关重要。
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