随着人工智能、大语言模型和高性能计算的爆发式增长，数据中心功耗与碳排放持续攀升。传统风冷系统已难以满足高功率GPU与AI加速器的散热需求。《碳中和科技评论（英文）》期刊发表了英特尔公司周绍荣等专家撰写的观点文章《加速数据中心液冷技术采纳：必要性、挑战与解决方案》。文章系统分析了数据中心从风冷向液冷转型的必然性、当前面临的主要挑战，并从技术、AI赋能和产业生态三个维度提出了系统性的解决路径。

原文引用：Zhou D, Du L, Xu R, et al. Accelerating liquid cooling adoption in data centers: necessity, challenges and solutions. Technology Review for Carbon Neutrality, 2025, 1: 9550014. //doi.org/10.26599/TRCN.2025.9550014

一、文章作者简介

本文作者团队来自英特尔数据中心和人工智能中国事业部、英特尔中国研究院，团队长期深耕数据中心与AI技术、绿色计算等领域。本文第一作者和通讯作者是周绍荣（David Zhou），英特尔数据中心事业部资深主任工程师，专注数据中心处理器平台以及二次侧回路的先进热管理技术的研发。他拥有30项美国发明专利以及31篇IEEE、ASME和OCP大会和期刊论文。

二、核心观点速览

文章从必要性、挑战、解决方案三个层面，系统阐述了数据中心液冷转型的完整逻辑。

从风冷转向液冷的必要性

数据中心功耗持续攀升。2023年美国数据中心用电量约占全社会用电量的4.4%，预计2028年将升至6.7%–12%。其中，冷却系统能耗占比高达约40%，是数据中心运营中最耗能的环节之一。液冷相对于风冷的五大核心驱动因素：

功率密度持续攀升：AI服务器GPU、AI加速器的热设计功耗已超过1200瓦（如NVIDIA GB300及后续产品），传统风冷无法有效散热。

能效与脱碳压力：液体的比热容和导热系数远超空气，可显著降低冷却系统能耗，优化PUE（电源使用效率）。

性能与稳定性需求：高效液冷可降低热节流和硬件故障风险，提升高算力场景下的系统稳定性。

空间优化与可扩展性：液冷系统更紧凑，可提高机架密度，适合城市核心区或边缘数据中心。

全生命周期成本优势：虽然初期投资较高，但运行约4年后，液冷可比风冷降低高达20%的总体拥有成本（TCO）。

液冷部署面临的主要挑战

尽管液冷具有长期节能优势，但其大规模推广仍面临五大瓶颈：

高昂的初期成本：液冷系统（尤其是浸没式）需要定制化冷板、冷却液、CDU、管道等专用设备，部分场景还需改造建筑结构。在典型部署中（80%热量由液冷带走），液冷方案的初期成本约为风冷的1.9–2.2倍。

泄漏与腐蚀风险：冷板液冷系统中，水基冷却液泄漏可能导致短路、腐蚀、硬件损坏和停机。必须配备泄漏检测与缓解方案。部分聚合物和弹性体材料可能吸收冷却液中的缓蚀剂，加速金属部件腐蚀。

冷却液的环境与化学安全性：需关注冷却液的全球变暖潜值（GWP）和臭氧消耗潜值（ODP），优先选用低GWP、低ODP的环保型冷却液。浸没式冷却液还需满足颜色、耐久性、氧化电位、纯度、安全性和可燃性等指标，且需保证在运行条件下10年性能稳定。

缺乏标准化：当前液冷解决方案供应商众多、技术路线分散，难以规模化推广。冷板接口、快速断开接头（UQD）、测试方法、质量可靠性要求等标准缺失，是阻碍液冷大规模采用的最大问题之一。

专业运维人才短缺：液冷系统的安装、运维、故障排查需要专门技能。操作人员的微小失误可能导致设备故障、数据丢失甚至系统崩溃。数据中心需对员工进行泄漏检测、冷却液质量监控、应急处理等专项培训。

三、加速液冷采纳的三大解决方案

文章从技术、AI赋能、产业生态三个维度提出了系统性建议。

推进新型液冷设计方法与技术

模块化设计与“乐高式”组装：对CPU、GPU、内存、SSD、电源等各组件的形态、功耗分配、系统布局进行一体化液冷优化设计。

提升冷却性能：利用3D打印（增材制造）优化冷板内部流道拓扑结构；两相冷板冷却具备更高能效、更低泵功、更少腐蚀和泄漏风险；开发环路热管（LHP）技术。

防泄漏技术：采用负压技术的CDU，使系统在真空下运行，任何潜在泄漏都会将空气吸入系统而非冷却液漏出，从而保护敏感设备。

利用AI辅助液冷管理

基于动态数据的能效优化：AI系统根据工作负载预测、环境温度、实时功耗等数据，动态调节泵速、阀门开度、冷却液温度和流量，实现PUE < 1.1。

基于传感器网络的智能运维与故障预测：通过传感器网络实时监测流量、温度、压力、泄漏等关键参数，结合AI分析，提前预警微泄漏、泵性能下降、管道堵塞等潜在故障。

基于数字孪生的智能预测：构建液冷系统数字孪生运维平台，利用物理引擎实时模拟海量传感器数据，提前24小时预测设备故障，显著降低非计划停机率。

构建数据中心液冷产业生态

液冷的大规模推广需要全行业协同。应构建包含服务器OEM、芯片厂商（NVIDIA、Intel、AMD等）、冷却液供应商、液冷部件供应商、数据中心运营商在内的协作生态，共同验证方案、制定标准、加速技术落地。行业标准化重点包括：冷板接口、通用快速断开接头（UQD）、液冷部件的质量与可靠性要求、监控协议等。OCP（开放计算项目）和ASHRAE（美国暖通空调工程师学会）等组织正积极推进相关标准制定。

典型案例：英特尔中国于2023年底发起的数据中心液冷创新加速器计划，通过向液冷独立硬件供应商（iHV）提供英特尔液冷技术和认证要求，加速液冷方案成熟。2025年，英特尔正式成立UQD互换性联盟，统一了UQD设计，提高了插头和插座的互操作性与可靠性，显著降低了成本并保障了供应链安全。

四、结语

液冷解决方案对于应对高功率GPU和AI加速器带来的功耗与碳排放挑战至关重要。通过液冷技术持续改进、AI工具赋能、行业协同合作，可有效克服成本、泄漏、标准化和人才等障碍，推动液冷在数据中心的广泛应用，助力未来十年的高效脱碳。

原文引用：Zhou D, Du L, Xu R, et al. Accelerating liquid cooling adoption in data centers: necessity, challenges and solutions. Technology Review for Carbon Neutrality, 2025, 1: 9550014. //doi.org/10.26599/TRCN.2025.9550014