随着云计算、大数据、算力以及AI技术的快速发展，数据中心传统的风冷散热技术已经难以解决高热密度散热问题，采用效率更高的液冷散热技术是人工智能发展的必然结果。
目前，AI服务器行业走向液冷已经成为业界共识。正如英伟达CEO黄仁勋所言，浸没式液冷技术将是未来的主流发展方向，将给服务器和数据中心散热技术带来全面的革新。显然，英伟达的选择在业内具有风向标意义，有望引领全球数据中心液冷市场规模有望加速增长。
但就现阶段而言，在英伟达AI芯片掀开散热的天花板后，芯片散热需求只会不断往上抬升，但技术导入也须考量多重现实需求和客观条件，包括可替代技术方案、现有设施状况、整体重构成本和自身需求等。鉴于此，当前数据中心行业仍以气冷散热为主流，而Blackwell架构也将同时推出风冷DGX和液冷MGX两种服务器方案兼顾布局。
Blackwell采用气冷一反常态？
英伟达Blackwell推出后，市场一度传出服务器将使用液冷来散热。
就技术路径来看，液冷技术主要包括冷板式液冷和浸没式液冷两种。其中，冷板式液冷技术是将金属水冷板直接贴合CPU和GPU上面，通过液体流动将热量带出来；浸没式则是将服务器主板直接浸泡在冷媒中，多数为电子氟化液。目前，出于传统数据中心对原有基础设施的改造成本和难度的考虑，以及当前冷板式方案成熟度较高，商用基础更好。
开源证券研报认为，英特尔多款CPU TDP（热设计功耗）已达350W，英伟达的H100 SXM TDP达到700W，B100TDP或达到1000W左右，逼近风冷单点散热极限。同时，单机柜功率不断增长，逼近风冷散热极限，继续采用风冷将导致行间空调需求数量陡增。高密度散热场景下液冷方案成本和性能优势显著。
但Blackwell系列芯片即将出货，却传出气冷散热仍为主流。据服务器供应链透露，Blackwell系列芯片B100、B200即将出货，其中搭载B100、B200的HGX系统预计今年第3季中下旬量产出货，初期以小批量为主，至于GB200系列量产时间则落在2025年。
但有趣的是，服务器供应链人士指出，目前搭载B100及B200芯片的AI伺服器散热设计，仍会以3D VC的气冷散热为主。然而，B100、B200的TDP已经分别达到800及1000W，服务器厂商为何仍然采用气冷散热？
业内人士称，若单纯以散热模组来看，芯片TDP到500瓦以上确实已濒临气冷散热的极限，但当芯片置入主机板中，可以通过主机板的系统设计，强化气冷风流和解热能力，会比单纯用模组散热强。液冷的解热瓦数势必高于气冷散热，在英伟达掀开散热的天花板后，芯片散热需求只会往上拉升，但技术导入也须考量现实，数据中心仍以气冷散热为主流。
根据数据显示，目前数据中心传统风冷散热技术仍然占有90%以上的份额，液冷占比不到10%，随着AI服务器的大规模建设，业内专家预计2025年液冷占比有望达到30%，市场规模有望超过800亿元，五年复合增长率达55%。
另据了解，Blackwell架构将同时推出风冷DGX和液冷MGX两款服务器。
尽管英伟达新一代产品并不强制要求使用液冷，但若想充分利用英伟达的旗舰芯片，液态冷却几乎是必选。对于B100、B200和GB200，其主要区别在于功率和性能。
据英伟达介绍，这些芯片的工作功率范围可在700W至1200W之间，视具体型号和冷却方式而定。其中，采用空气冷却系统的HGX B100设备可在每块GPU上实现14petaflops的速度，同时功耗与H100相当。在采用空气冷却的HGX或DGX架构中，每块B200 GPU能提供18petaflops的计算能力，同时功耗达到1000瓦。
然而，在AI数据中心领域，想要发挥Blackwell的最大潜力，转向液态冷却几乎成为必须。在液冷配置下，芯片在满负荷运作时的热输出可以达到1200W，同时实现20petaflops的性能。这对于现有设施而言，将面临较大程度的挑战。
业界指出，除非新建的数据中心，会考虑后续芯片升级后的散热需求改用采水冷设计，包括楼板高度、承重到水管都须重新调整，否则现有数据中心都会尽量采用气冷散热解决。此外，由于AI的训练需耗费大量运算，才需采用最高效能的AI芯片，多数数据中心其实不需如此，自然也尚不需导入液冷散热方案。
即便如此，AI服务器行业走向液冷的大趋势已经成为业界共识。曙光数创副总裁姚勇指出，随着AI、云计算等技术升级，数据中心功率密度会继续提升，液冷是解决高密问题的有效途径，预计三年之后液冷和风冷将平分天下。
液冷推广应用面临多重挑战
无论是从英伟达的GTC和Computex 2024大会，还是从整个产业技术的发展进程与动向，种种迹象表明散热技术之于高算力芯片和数据中心的重要性。
广州力及热管理科技（NeoGene Tech）创始人陈振贤表示，“当单颗高算力芯片功率达到1000瓦时，现有散热技术都将会被革命。未来，芯片大战将要转为散热大战。”
目前，业界主要几家散热大厂都在开发采用风冷方案的3D VC散热模组，加上风扇散热能力可以达到六七百瓦，但弊端是体积太过庞大。因此，对数据中心、高端运算而言，风冷3D VC散热模组将只会是一个过渡性产品。在AI、数据中心的技术迭代和强需求刺激下，散热模组技术的发展元年已经开启，而且正从风冷技术转向散热能力更强的液冷技术方案。
随着AI的大规模发展，带动算力需求提升，芯片和服务器功率逐步升级，将超出风冷散热能力范畴。姚勇表示，“芯片的工作温度是八九十度，一定空间里高密度部署高功率芯片，最后决定算力水平的有可能不是半导体技术，而是散热技术。”
另据市调机构OCP GlobalSummit调查显示，目前气冷能因应的功耗极限是750W。在热功耗(TDP)方面，预期GPU在2026年的热功耗(TDP)将会达到1500W、2028年将再上升至2000W；CPU在2026年热功耗(TDP)上看800W、2028年将达1100W。
随着GPU、CPU的耗能越来越大，在气冷已无法满足之下，液冷散热成为目前最佳解决方案之一，预期2024年的数据中心液冷散热市场销售额约42.69亿美元，2025年将达62.15亿美元，年增长接近5成。多位行业人士认为，2024年可谓液冷元年，2025年有望成为液冷散热正式起飞的一年。
然而，液冷技术是未来方向，但仍有一些关键问题制约着液冷技术的全面推广和应用。
中国三大运营商日前联合发布的《电信运营商液冷技术白皮书》指出了液冷产业目前面临的挑战，包括一是业内尚无服务器与机柜统一接口规范标准，机柜与服务器深度耦合，各家服务器设备、冷却液、制冷管路、供配电等产品形态各异，不同厂家产品不能相互兼容；二是液冷系统架构尚在演进，制冷与供电存在分布式、集中式不同架构；三是与传统风冷产品比较，液冷存在初期投资高、全生命周期成本高等问题，影响产品的规模应用与推广。
另据中数智慧信息技术研究院（CDCC）的调查，液冷技术研发人员、液冷产品厂商、液冷用户等受访者认为，目前最需要改进的问题为技术安全性和可靠性、成本控制以及液冷系统的运维和管理，76％的受访者认为，液冷技术的持续创新和成本控制是行业发展的关键。
例如采用氟化液的㓎没式液冷技术方案，就是把整个服务器泡在氟化液里面。中科创星董事总经理卢小保称，虽然这种方案会进一步加强散热能力，但氟化液号称“茅台”，从而使得氟化液的成本比服务器都高，在数据中心的建设中从“配角”变成了“主角”。
此外，液冷散热虽然是有效的散热方式，但也存在漏液等风险。业内人士指出，在服务器液冷系统所需零组件中，快换接头最为紧缺，因为液冷服务器最忌讳漏水，而最容易漏水处恰恰是在快接头。目前，由于快换接头供货紧张，虽然英伟达Blackwell出货在即，但液冷AI服务器或陷入出货瓶颈。
无论如何，在整个产业界“共振”下，液冷散热将逐渐从“可选”发展到“必选”阶段。财通证券表示，传统风冷无法满足AI计算的散热需求，预估到2027年全球液冷相关产品市场规模有望达数千亿元。在AI大模型的需求驱动以及AI硬件领导者英伟达的引领下，全球数据中心液冷市场规模有望加速增长。
