随着人工智能、大数据、云计算等技术的快速发展，数据中心的发热量急剧增加，传统风冷技术难以满足散热需求，液冷技术的优势愈发凸显。从最初的高性能计算领域，如超级计算机、人工智能训练等，逐渐向普通的数据中心应用场景拓展。互联网、金融、电信运营商等行业对液冷技术的需求不断增加，越来越多的数据中心开始采用液冷技术来解决散热问题。目前主要的液冷技术包括冷板式液冷、浸没式液冷和喷淋式液冷等，未来各种技术将不断发展和完善。冷板式液冷技术相对成熟，应用较为广泛，但随着芯片功率的不断提升，浸没式液冷的优势逐渐显现，其能够更直接、高效地对发热部件进行散热，预计将得到更广泛的应用。喷淋式液冷则在一些特定场景下具有优势，未来也可能会有进一步的发展。本文主要就冷板式和浸没式两种冷却方式做一个大概的比较，对于两相的喷淋式液冷，笔者认为其仍然有非常多的技术问题，而且考虑到两相的冷却方式目前还必须使用氟化液，这个在我其它的文章里已经分析过氟化液未来的形势，所以在本文就不做赘述了。
首先，先总体介绍一下冷板式冷却和浸没式冷却：
冷板式冷却
冷板冷却基本上，“接触式”“芯片直触式” 或 “液冷芯片式” 冷板冷却用液冷散热器取代了老旧、低效的风冷金属翅片式散热器。顾名思义，它在中央处理器（CPU）或图形处理器（GPU）上方安装一块金属板，热量通过导热材料（如导热硅脂）从芯片传递到金属板上。由于该金属板通过液体进行冷却，而液体的导热性能比空气好得多，所以金属板能够吸收这些热量。
受热后的液体从金属板流经冷却液分配单元（CDU）进入设施水循环系统。这个水循环系统可能连接到冷却器，甚至是冷却塔，然后再流回到金属板。由于冷板仅冷却中央处理器（CPU 通常占总热负荷的 60% - 70%），所以仍需使用风冷来冷却其余 30% - 40% 的热负荷。这使得冷板技术成为一种混合解决方案，涉及液体冷却和风扇风冷两种方式。
在电子和信息技术领域，冷板可能是最受欢迎（也是最古老的一种）的液冷形式之一。尽管大多数人都认识到它比风冷具有更高的性能和效率，但成本、复杂性和潜在风险阻碍了液冷的大规模应用。
典型的冷板式冷却结构示意图
单相浸没式冷却
单相浸没式冷却具有冷板的性能和效率优势，却没有冷板增加的成本、复杂性和风险。在单相浸没式冷却中，服务器垂直安装在绝缘冷却液池中。与两相浸没式冷却类似，冷却液通过与服务器组件直接接触来传递热量。受热后的冷却液从机架顶部流出，通过连接到温水回路的冷却液分配单元（CDU）进行循环。这个回路在另一端结合了冷却塔或干式冷却器，作为最终的散热形式。最后，冷却后的液体从热交换器返回到机架中。
许多已经改用单相浸没式冷却的设施都对其简单性印象深刻，这意味着前期成本更低、操作更容易且维护更少。
典型的冷板式冷却结构示意图
浸没式冷却和冷板式冷却在数据中心应用中各有优缺点，以下是相关对比：
散热效率：
冷板式冷却：
优点：散热效率较高。通过冷却液体流经金属制冷板对发热器件进行接触式降温，能有效带走热量，相比传统风冷散热有很大提升。并且冷板与发热器件的接触面积较大，热量传递较为充分。
缺点：由于冷却液不直接与电子元器件接触，而是通过冷板进行热传递，所以在散热效率上相对浸没式冷却稍逊一筹，对于超高功率密度的数据中心，可能无法满足极致的散热需求。
浸没式冷却：
优点：散热效果非常好。发热电子元器件直接与制冷液接触，热量可以直接高效地传递给冷却液，能够快速带走热量，对高功率、高密度的数据中心散热优势明显。例如，在一些高性能计算数据中心，浸没式冷却可以确保服务器等设备在高负荷运行下保持稳定的温度。
缺点：如果冷却液的循环和换热系统设计不合理，可能会出现局部热点或温度不均匀的情况，但这种情况相对较少见。
设备兼容性与改造难度：
冷板式冷却：
优点：对发热器件的要求较低，安装较为简捷。不改变服务器主板原有的形态，而是在保留现有服务器主板的基础上进行改装实现，拆卸和安装都比较方便，在技术、产业以及规模化生产上具有较好的可行性。并且可以利用现有数据中心的部分基础设施，降低了改造的难度和成本。
缺点：冷板与服务器等设备的连接部位需要进行密封处理，以防止冷却液泄漏，如果密封设计或安装不当，可能会出现泄漏问题，影响设备的正常运行。
浸没式冷却
优点：对设备的形状、尺寸等要求相对较低，因为整个设备是直接浸没在冷却液中的，无需过多考虑与传统风冷散热结构的兼容性问题。可以适应各种不同类型的服务器和设备，对于新建的数据中心或者大规模改造的数据中心来说，设计和布局上更加灵活。
缺点：很难适配老设备，对现有数据中心的改造难度大。需要对机房的结构、布局进行较大的调整，包括密封处理、冷却液储存和循环系统的安装等，改造过程复杂且成本较高。
成本：
冷板式冷却：
优点：初期投资成本相对较低。冷板及相关的冷却系统部件相对简单，成本相对较低，而且可以在一定程度上利用现有的数据中心基础设施，减少了新建数据中心的投资。并且冷板式液冷技术发展较早，市场成熟度较高，产品供应和产业链相对完善，成本也更容易控制。
缺点：维护成本较高。冷板与服务器等设备的连接部位可能会出现泄漏、腐蚀等问题，需要定期进行维护和检查，增加了维护成本。而且随着使用时间的增加，冷板内部可能会积累污垢或沉淀物，影响散热效果，需要进行清洗或更换。
浸没式冷却
优点：长期来看，运行成本可能较低。虽然初期建设成本较高，包括冷却液的采购、密封容器的建设、冷却液循环系统的搭建等，但由于其散热效率高，能够减少能源消耗，降低数据中心的运营成本。特别是在大规模的数据中心中，节能效果显著，长期运行可以节省大量的电费。
缺点：建设成本高。需要大量的冷却液，并且对冷却液的品质要求严格，例如要求冷却液具有高绝缘性、低黏度、无腐蚀性等，这使得冷却液的成本较高。同时，浸没式冷却系统的设计和安装复杂，需要专业的技术人员进行操作，增加了人工成本。
对于很多客户都比较担心浸没式冷却的成本比较高，所以就浸没式冷却的成本，在这里做一个单独的分解：
设备购置成本：
液冷相关设备：这是成本的重要组成部分，包括绝缘液、微型泵、管道、热交换器、液冷散热器、防滴漏连接器、密封机箱和机架式分液器等。例如，采用高品质的绝缘液和先进的热交换器，能够确保冷却效果，但价格也相对较高。如果是大规模部署，这些设备的采购成本会占据较大比例。
服务器适配成本：服务器需要进行一定的改造和适配，以适应浸没式冷却的要求，例如增加密封设计、改进接口等，这也会增加服务器的成本。
安装与施工成本：
液冷系统安装：安装浸没式液冷系统需要专业的技术人员进行施工，包括管道的铺设、设备的安装调试等。由于液冷系统的复杂性，安装难度相对较高，所需的工时和人力成本也会比传统风冷系统更高。
机房改造：为了适应浸没式冷却，机房的布局和结构可能需要进行改造，例如增加液冷设备的放置空间、优化管道布局等，这也会增加施工成本。
运行与维护成本：
冷却液维护：冷却液需要定期检测和维护，以确保其性能和质量。例如，需要检测冷却液的绝缘性、腐蚀性等指标，必要时进行更换或补充。冷却液的成本较高，而且更换过程也较为复杂，会增加维护成本。
设备维护：液冷系统中的设备，如微型泵、热交换器等，需要定期进行维护和保养，以确保其正常运行。这些设备的维护成本相对较高，而且需要专业的技术人员进行操作。
电力成本：虽然浸没式冷却可以提高能源效率，降低制冷能耗，但液冷系统本身也需要消耗一定的电力。例如，微型泵的运行、冷却液的循环等都需要电力驱动，因此电力成本也是运行成本的一部分。
其他成本：
研发成本：对于一些企业来说，研发浸没式冷却技术需要投入大量的资金和人力，这些研发成本也会间接影响到数据中心的建设成本。
培训成本：操作人员需要进行专业的培训，以掌握浸没式冷却系统的操作和维护技能，培训成本也是不可忽视的一部分。
总体而言，在建设初期，浸没式冷却数据中心的投资成本可能会比传统风冷数据中心高。但从长期运行来看，由于其节能效果显著，能够降低运行成本，因此综合成本可能会逐渐降低。具体的成本差异会受到数据中心的规模、功率密度、冷却液选择等多种因素的影响。
可维护性与管理难度：
冷板式冷却
优点：维护相对方便。可以单独对冷板或其他冷却系统部件进行维护和更换，不需要对整个系统进行大规模的拆卸，减少了维护的时间和成本。并且冷板的结构相对简单，易于检查和维修。
缺点：需要对冷却液的循环系统进行监控和管理，确保冷却液的流量、压力等参数正常，以保证散热效果。同时，由于冷板与设备的连接部位较多，需要对这些部位进行定期的检查和维护，防止出现泄漏等问题。
浸没式冷却：
优点：一旦系统稳定运行，日常维护工作相对较少。因为冷却液是循环使用的，不需要频繁更换，而且设备都浸没在冷却液中，受到外界环境的影响较小，设备的稳定性较高。
缺点：可维护性差。如果设备出现故障，需要将设备从冷却液中取出进行维修，这一过程比较复杂，可能会影响数据中心的正常运行。而且冷却液的处理也需要专业的设备和技术，增加了维护的难度和成本。
空间利用率：
冷板式冷却：
优点：空间利用率高。设备可以紧密地放置在冷却液中，无需考虑空气流通的空间，能够节省大量的机房空间。对于空间有限的数据中心来说，这是一个重要的优势。
缺点：需要专门的空间来放置冷却液储存和循环系统，如果数据中心的空间布局不合理，可能会影响其他设备的安装和使用。
浸没式冷却
优点：对机房空间的要求相对较低。可以在现有的机房空间内进行安装，不需要对机房的结构进行大规模的改造，适用于空间有限的数据中心进行小规模的升级改造。
缺点：由于需要留出空气流通的空间，以及冷板和冷却管道的安装空间，所以在空间利用率上相对较低。
其实对于冷板式冷却或者浸没式冷却，两者都有自己的优缺点，未来很长一段时间都会是互为补充的形式，对于冷板式冷却，目前相对来说更为成熟，但是如上面分析的内容，其仍然有很多缺陷，需要解决。对于浸没式冷却，虽然其在效率和系统稳定性上更有优势，但是因为其是一个全新的冷却方式，仍然面临着硬件质保，设计标准，消防审批等诸多环节的问题，这些也都制约着其快速的普及，未来需要多方共同努力推动两个方向的技术的落地和普及。
信息来源：飞驰动力公众号
产品与技术
您现在的位置：