AI 算力时代散热革命：相变液冷技术解析

随着大模型训练、AI 智算业务爆发，服务器芯片功耗持续冲高：CPU 最大功耗达到 400 W，GPU 突破 700 W，部分 MAC 芯片功耗可达 800 W；AI 服务器单机功率突破 6.5 kW，NVL72 机柜功率超过 120 kW，芯片热流密度突破 120 W/cm²，已经逼近传统风冷散热的物理极限。

芯片结温超过 75 ℃时，器件故障率呈指数上升。传统风冷依靠空气对流换热，需要大量风扇、空调，PUE 很难做到 1.25 以下。国家政策明确要求新建大型、超大型数据中心 PUE 降至 1.3 以下，枢纽节点进一步降至 1.25 以下；运营商白皮书提出 2025 年新建数据中心液冷占比高于 50%，液冷已经从试点走向规模化落地。数据中心散热技术经历远端风冷→近端风冷→单相液冷→相变液冷的完整演进。

1、风冷：成熟、成本低；但解热上限低，高密算力场景能耗高。

2、单相液冷（冷板 / 浸没）：冷却液不发生相变，依靠液体显热带走热量；单相冷板液冷机柜上限约 300 kW，单相浸没上限约 130 kW，面对未来单机架 600 kW 的超高功耗，单相液冷逐步遇见瓶颈。

3、相变液冷（两相液冷）：利用液体沸腾汽化吸收相变潜热，换热能力大幅跃升，可支撑单机柜最高 600 kW 功率，PUE 最低可至 1.1 以下，是超高密度算力散热的核心方向。

二、相变液冷两大路线：相变冷板式 vs 相变浸没式液冷

相变液冷包括相变冷板液冷和相变浸没液冷。不同于单相液冷，相变液冷技术利用冷却液的相变 （ 液体-气体 ） 吸收热量，显著提高了换热能力，能够处理极高的热流密度（单柜 600 kW ）。相变冷板式液冷换热效果最强，冷却液用量少，但其高流阻导致泵的功耗较大，并且需要配合空气才能实现其他部件的冷却。相变浸没式液冷不需要对空气进行冷却，简化了系统设计，显著降低了 TCO。

1、相变冷板式液冷

相变冷板式液冷技术通过将液冷板直接贴合于芯片或热源表面来实现散热。

核心原理：冷却液在冷板内部吸收热量后发生汽化相变，蒸汽上升至冷凝单元重新冷凝为液态，再依靠泵驱动完成相变散热循环。制冷剂或氟化液作为主要冷却介质也对液冷板、连接器及管路的材料性能提出严格要求。为提升散热效率，冷板可采用微通道、多孔介质等特殊结构设计以促进气泡脱离，同时需选用耐高压材料以应对系统较高的工作压力。

• 优势：冷却液用量极少，100 kW 机柜仅需 16 L；既支持新建机房，也适配存量机房改造；散热效率极高，热流密度可达 300 W/cm²，适配 700‑2800 W 大功率 GPU。
• 短板：需要给每一颗高功耗芯片单独装配冷板，系统复杂，初始成本高；系统内部压力最高可达 16 bar，压力调控难度大，可靠性风险高；内存、网卡等低功耗部件仍需要风冷辅助散热，无法完全去掉风扇。

2、相变浸没式液冷

相变浸没式液冷技术通过将服务器或电子设备整体浸没于低沸点氟化液中来实现散热。

核心原理：冷却液直接接触所有发热元件并吸收热量后沸腾汽化，产生的蒸汽经冷凝单元散热液化后重新参与循环。通过全浸没式设计可捕获所有热量，服务器内部温度分布均匀，因此无需风扇额外辅助散热，实现了整体低噪音运行。相较于需依赖泵强制驱动冷却液流动的相变冷板式液冷，相变浸没式的泵功耗更低，能耗优势明显，在所有冷却技术中 PUE 最低，符合节能要求。

• 优势：系统泵功耗低，PUE 最低可至 1.1；器件温度均匀；不需要额外风冷辅助散热，简化机房系统架构。
• 短板：冷却液消耗量巨大，氟化液成本高昂，价格为单相浸没冷却液的 5‑10 倍；服务器需要专门定制改造，光纤光模块等部分器件无法耐受浸没环境；传统 PFAS 类氟化液存在环境风险，面临环保法规约束；腔体密封、挥发损耗、材料兼容性均存在挑战。

注：ODP 臭氧消耗潜势；GWP 全球变暖潜能值；PFAS 全氟和多氟烷基物质；PUE 电能利用效率；TCO 总拥有成本

信息来源：中兴通讯 相变浸没式液冷系统研究

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推荐活动：2026年第三届 AI算力服务器液冷技术产业发展论坛

序号	议题方向
1	超节点智算中心解决方案
2	AI数据中心风液协同散热技术解析
3	储能+算力+余热回收全链条一体化解决方案
4	AI 算力液冷CDU的选型、运维与能效优化方案
5	UQD快速接头自动化生产工艺与设备应用
6	液冷板微通道加工技术与发展趋势
7	Manifold歧管材料与加工工艺解析
8	算力服务器冷却液种类及应用趋势
9	氦检设备在液冷算力服务器领域的应用
10	激光焊接技术在液冷模组上的应用分析与案例
11	绿激光3D打印液冷板优势与应用发展趋势
12	先进CNC 加工技术在液冷服务器领域的应用
13	超声波检测，发现液冷模组内在缺陷
14	数据中心液冷管路系统特点与应用
15	液冷模组流道清洗注意事项与设备选型
16	氧化铝陶瓷液冷解决方案
17	精密液冷不锈钢波纹软管应用方案
18	液冷模组智能产线解决方案
19	液冷系统中泵的选型与应用
20	导热界面材料在液冷系统中的应用

 

液冷技术通过冷却液直接/间接接触热源，核心结构包括：

• 热交换核心  ：冷板（CPU/GPU专用）、CDU（冷量分配单元）；
• 循环网络  ：Manifold分液器、EPDM/PTFE管路、快接头；
• 动力与控制  ：变频循环泵（如飞龙股份电子泵）、智能温控系统。

主流方案中，冷板式兼容现网改造（占存量市场80%），浸没式为超算首选（PUE逼近1.0）。 2025年AI服务器的产值超过4000亿美元，年增45%。随着英伟达从Hopper系列向Blackwell系列转换，整个AI服务器产值提升。预计今年AI服务器的市场占有率会从去年的66%突破到今年的70%以上；另外，液冷散热方案的渗透率也有望从去年的14%提升到今年的30%。 涉及的材料有：铜、铝、复合金属材料、金属焊接材料、不锈钢、氟塑料、橡胶材料、密封材料、特种工程塑料、导热散热材料，热界面材料等 按照部件来分有：冷却塔、管道、CDU 液冷换热单元、CDU 液冷板、接头、歧管、主泵和辅泵、流量控制系统、过滤系统等 系统集成方面有：空调、机柜、传感器、电源、泄漏检测、控制单元等 按照产业链来区分有：互联网企业，云服务器企业，代工企业、各个零部件企业、材料企业等； 欢迎大家加入我们，共绘服务器液冷散热未来！

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