液冷技术突破：某云厂商智算中心能效升级实践

2026年2月11日 互联网

一、液冷技术：智算中心能效革命的必然选择

在AI算力需求年均增长超40%的背景下，传统风冷技术已触及物理极限。某智算中心实测数据显示，风冷机柜在30kW/柜功率密度下，PUE值高达1.8以上，且存在局部热点导致算力降频的问题。液冷技术通过直接冷却热源，可实现三大突破：

  1. 能效比跃升：液冷系统可将冷却能耗占比从风冷的30%降至10%以内。某实验室测试表明，采用单相浸没式液冷的机柜，在40kW/柜密度下仍可维持PUE<1.15。
  2. 密度突破：传统风冷机柜功率密度上限约为15kW/柜，而液冷方案可轻松支持100kW/柜以上的极端密度，满足万亿参数大模型训练需求。
  3. 静音运行：消除风扇噪音后，机房环境噪音可控制在55dB以下，为运维人员创造更舒适的工作环境。

二、技术架构解析：从方案到落地的完整链路

1. 冷却介质选型策略

当前主流液冷方案包含冷板式、浸没式（单相/双相）两大技术路线。某云厂商采用”冷板式+单相浸没式”混合架构：

  • 冷板式：适用于CPU/GPU等高发热元件，通过导热板将热量传导至冷却液，实现90%热量转移。
  • 单相浸没式：将服务器完全浸没在氟化液中，适合存储、网络等低功耗组件，可实现100%热量捕获。
  1. # 冷却效率对比模拟代码
  2. def cooling_efficiency_comparison():
  3.     techniques = {
  4.         '风冷': {'pue': 1.8, 'max_density': 15},
  5.         '冷板式液冷': {'pue': 1.2, 'max_density': 50},
  6.         '浸没式液冷': {'pue': 1.05, 'max_density': 100}
  7.     }
  8.     for tech, params in techniques.items():
  9.         print(f"{tech}: PUE={params['pue']}, 最大密度={params['max_density']}kW/柜")

2. 系统级架构设计

某智算中心采用三级冷却架构：

  1. 一次侧循环：使用去离子水作为载冷剂，通过干冷器与外界环境换热
  2. 二次侧循环：氟化液在CDU（冷却分配单元）中与一次侧循环进行热交换
  3. 微通道散热：服务器内部采用微通道冷板，将芯片热量快速传导至冷却液

该架构实现三大创新：

  • 无泵设计：利用重力循环替代机械泵，降低系统故障率
  • 相变抑制：通过压力控制防止氟化液沸腾，避免气液两相流导致的振动问题
  • 智能流量调节：基于AI算法动态调整冷却液流量，实现按需供冷

三、实施路径：从方案验证到规模部署

1. 试点验证阶段

在300㎡的试点区域部署12个液冷机柜，重点验证：

  • 兼容性测试：覆盖主流服务器型号（2U/4U机架式、刀片式）
  • 泄漏检测：部署分布式光纤传感系统，实现0.1ml/min的泄漏识别精度
  • 运维流程：制定带液操作SOP，培训运维团队掌握无尘室操作规范

2. 规模部署阶段

在2万㎡的智算中心全面部署液冷机柜，关键实施要点包括：

  • 模块化设计：采用20英尺标准集装箱单元，支持快速扩容
  • 重力排水系统：设置三级排水阀，确保维护时冷却液安全回收
  • 智能监控平台：集成温度、流量、压力等200+监测点，实现毫秒级响应
  1. graph TD
  2.     A[液冷机柜部署] --> B[基础环境准备]
  3.     B --> C[一次侧管路铺设]
  4.     C --> D[二次侧循环安装]
  5.     D --> E[服务器上架]
  6.     E --> F[系统联调]
  7.     F --> G[压力测试]
  8.     G --> H[正式运行]

四、行业影响与未来展望

1. 能效标准重构

该方案的PUE<1.15表现，已超越《数据中心能效限定值及能效等级》GB40879-2021中的1.3标准，为行业树立新的能效标杆。据测算，全国数据中心若全面采用液冷技术，每年可减少碳排放超2000万吨。

2. 技术生态演进

液冷技术的普及将推动三大变革：

  • 服务器设计：芯片封装、PCB布局需适配液冷环境
  • 运维体系：需要培养掌握流体力学、化学安全的复合型运维人才
  • 商业模式：催生”冷却即服务”（CaaS）的新业态

3. 技术演进方向

未来三年，液冷技术将呈现三大趋势：

  1. 材料创新：开发导热系数>10W/m·K的新型冷却液
  2. 系统集成：实现液冷与供电、网络系统的深度融合
  3. 智能控制：基于数字孪生技术构建预测性维护体系

结语

某云厂商在智算中心的液冷实践，不仅验证了技术方案的可行性，更开创了高密度计算场景下的能效优化新范式。随着AI算力需求的持续增长，液冷技术将成为数据中心建设的标配选项。对于建设者而言，把握液冷技术演进趋势，提前布局相关技术能力，将在未来的算力竞争中占据先发优势。

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