液冷技术解析：从冷板式到浸没式，谁在主导下一代散热方案？
随着数据处理需求的激增，尤其是人工智能、云计算等领域的蓬勃发展，传统的风冷技术已经难以满足日益增长的散热需求。
液冷技术，凭借其高效的热管理能力，逐渐成为数据中心散热的新宠。根据冷却液与发热源的接触方式，液冷技术可以大致分为非接触式液冷和接触式液冷两大类。
本文将解析主流液冷技术的工作原理、应用场景以及市场前景。
一、非接触式液冷技术：冷板式液冷的优势与挑战
非接触式液冷技术主要指冷板式液冷。这种技术的基本原理是将冷却液通过冷板与发热源接触，从而带走发热元件的热量。与传统的风冷散热技术相比，冷板式液冷在能效方面具有显著优势，能实现60%至90%的能耗降低，使数据中心的PUE（能效利用比）值能够降低至1.2左右。
部署与成本：
冷板式液冷的部署方式与传统风冷相似，改造难度较低，成本也相对较为适中。因此，它可以较为平稳地从传统风冷模式过渡到液冷散热模式。尽管冷板式液冷系统的初始投资成本中等，但其后期维护简单且成本较低，因此，目前大多数液冷数据中心采用了这一技术。
应用范围与局限性：
然而，冷板式液冷也有其局限性。由于冷板式液冷只针对高发热元件采用液冷散热，仍然需要少量风扇对其他元件进行散热，因此完全实现“风冷消失”尚不可能。此外，由于其冷却效果有限，冷板式液冷一般适用于中小型数据中心以及中等热负荷的服务器。在一些需要极高冷却效率的超大规模数据中心中，冷板式液冷的应用可能受到一定限制。
二、接触式液冷技术：浸没式与喷淋式液冷的前景
与非接触式液冷相比，接触式液冷技术能够提供更强的换热能力，从而使得数据中心的PUE值进一步降低至1.1以下。接触式液冷主要包括浸没式液冷和喷淋式液冷两种类型。
浸没式液冷：
浸没式液冷是将设备完全浸入冷却液中，通过液体的热交换带走热量。这种技术的换热效率高，并且可以完全去除风扇。然而，它的初始投资成本较高，而且需要改为箱式部署，相对于冷板式液冷，其部署密度较低，改造难度也大。因此，这种技术更适合超大规模数据中心或超算领域。
喷淋式液冷：
喷淋式液冷则是通过喷洒冷却液来实现热量交换，这种方法在高效冷却方面同样表现出色，但目前尚未得到广泛应用，主要是因为其改造成本高，且应用场景较为有限。喷淋式液冷通常在一些对温度要求极为严格的场所，如超算中心，才会被采用。
三、冷板式液冷的组成与市场价值
冷板式液冷系统的核心部件包括冷板、冷却液、冷量分配单元、快接头、分水器和管路等。每个部分的功能和价值在系统中起着至关重要的作用。
冷板：
冷板是液冷系统中与芯片直接接触的核心部件，它通过将热量从芯片传导到冷却液，完成热交换。冷板的防漏液设计非常关键，任何泄漏都会导致服务器损坏，因此设计时需要特别关注密封性。
冷却液：
冷却液是液冷系统中的重要组成部分，常见的冷却液包括乙二醇溶液、丙二醇溶液和去离子水等。乙二醇溶液和丙二醇溶液是工业标准产品，获取方便且成本较低，而去离子水具有良好的传热性能，但其冰点较低，且在使用过程中需要添加缓蚀剂和杀菌剂以防腐蚀。
冷量分配单元（CDU）：
CDU负责将冷却液从冷源输送到冷板，通过管道系统将热量带走。CDU根据部署方式不同，分为分布式CDU和集中式CDU。分布式CDU适合中小型数据中心，但其冗余能力较弱；而集中式CDU则可以提供更高的可靠性和冗余能力，适用于大型数据中心。
快接头与分水器：
快接头用于连接冷板与液冷系统，保证系统的快速连接与断开。分水器则负责将冷却液均匀分配到各个冷板。快接头分为手插式和盲插式，后者正在成为主流标准。
管路：
液冷管路负责将冷却液运输到各个冷板。常用的管路材料包括耐高温、耐高压的FEP波纹管或EPDM材质软管，并配有漏液检测功能。
四、代表企业
根据市场调研数据，一个适配NVIDIA GB300高性能芯片、价值约70万元的机柜，其各部分的价值量占比如下：
冷板： 约24万元，占比34.3%；
CDU： 约20万元，占比28.6%；
快接头： 约16万元，占比22.9%；
分水器与管路： 约10万元，占比14.3%；
其他组件的价值量占比较低。
主要企业
目前，液冷技术市场中涌现出许多领先企业，它们在冷板、CDU、快接头、分水器等液冷系统各个环节中提供创新解决方案。
英维克： 提供从冷板到液冷系统的全链条解决方案，涵盖冷板、CDU、分水器等核心组件。英维克今年通过了NVIDIA GB300认证，确保其产品符合高端AI服务器的需求。
申菱环境： 提供风冷与液冷相关的设备，并与极致液冷签署了战略合作协议，推动液冷技术在数据中心的应用。
高澜股份： 主营热管理设备，提供冷板式和浸没式液冷解决方案，具备全链条自主研发能力。
思泉新材： 专注热管理材料，研发并生产适配不同功率需求的液冷产品，旗下冷板产品也通过了GB300认证。
东阳光： 聚焦热管理与数据中心液冷散热组件，提供冷板、快接头、泵阀等核心部件，已进入数据中心液冷项目商业化阶段。
科华数据： 推出液冷数据中心整体解决方案（包括冷板式及浸没式液冷产品），算力液冷集装箱已出口海外，并在运营商数据中心试点项目中推进液冷系统解耦。
总结
随着数据中心对能效和散热需求的不断提高，液冷技术在行业中的应用将日益广泛。冷板式液冷因其低成本、高效能的特点，已成为大多数数据中心的首选，而接触式液冷则在对温度要求更高的超算中心和高性能计算领域表现出色。
随着技术的不断发展，液冷技术在未来将发挥更加重要的作用，为数据中心的节能减排、性能提升提供有力支持。