在AI算力需求呈指数级增长的当下，智算中心已不可逆地迈入“兆瓦级时代”，散热与能耗难题成为制约超大规模智算集群发展的关键瓶颈，而液冷技术的迭代与落地，正在为这一行业共性难题提供系统性解法。
受访专家指出，当前，国内芯片制程与国际领先水平仍存在差距，同等算力下，国产芯片往往需要更大的尺寸与更高的功耗，对散热系统提出了更为严苛的要求。智算基础设施正在成为弥补芯片制程差距的重要路径。
散热瓶颈凸显，液冷成破局关键
随着大模型训练与推理需求的爆发，AI芯片功耗持续攀升，传统风冷、冷板散热方案正快速逼近物理极限。中国科学院院士、河南大学校长张锁江指出，在AI算力的强劲驱动下，智算中心的发展已不可逆转地迈入“兆瓦级时代”，这已非未来概率，而是正在发生的现实。面对这一变革，亟需在突破芯片效能的同时，攻克高效散热难题，推动相变冷却液与冷却系统的迭代创新，需要凝聚产学研用各方力量，深化从核心部件到系统架构全链条的协同创新与技术攻关，并构建与之匹配的下一代基础设施。
与此同时，数据中心的能耗与环境影响也成为行业关注的焦点：传统数据中心依赖淡水散热的模式带来了显著的水资源消耗问题。而液冷技术的核心价值，首先体现在绿色节能的底层特性上。
曙光数创在某数据中心项目中，将风冷GPU服务器改造为液冷服务器后，用电量可降低30%。“同时浸没式、冷板式液冷均可适配无水散热方案，从根本上解决了传统数据中心的淡水消耗痛点。”曙光数创高级副总裁张鹏告诉记者。
据中国信通院预测，到2030年，中国数据中心年用电量或将达到约7000亿千瓦时，占全国总用电量的比例将由目前的1.7%上升到约5.3%。推进算力设施绿色低碳发展，既是促进经济高质量发展的关键环节，也是夯实数字经济发展底座、培育新质生产力的重要基础。
近日曙光数创发布的全球首个兆瓦（MW）级相变浸没液冷整机柜及其基础设施整体解决方案（C8000 V3.0），核心是对智算基础设施的散热、供电、控制与结构进行系统性重构，而非单一技术的迭代。据披露，该方案通过相变浸没液冷换热技术，最高可支持单机柜功率超过900kW，达到兆瓦级，是传统液冷方案的3—5倍，散热能力超过200W/cm²，同时可将数据中心PUE（电源使用效率）降至1.04以下，机房占地面积节省超85%，为超大规模智算集群的高密度部署提供了可行路径。
更具产业现实意义的是，智算基础设施正在成为弥补芯片制程差距的重要路径，行业内将其总结为“以冷补芯，以基强算”。曙光数创资深技术专家黄元峰告诉记者，当前，国内芯片制程与国际领先水平仍存在差距，同等算力下，国产芯片往往需要更大的尺寸与更高的功耗，对散热系统提出了更为严苛的要求。此次方案中首次规模化应用金刚石铜导热材料，导热率提升80%，可在实现芯片性能提升10%的同时，将芯片工作温度降低5℃以上。“基础设施端的投入，可撬动服务器端的算力提升，大幅降低智算中心的整体建设与运营成本，这是现阶段在制程问题尚未完全突破的情况下，极具现实价值的产业解法。”张鹏表示。
渗透率快速提升，产业协同仍待破冰
在液冷技术的行业发展中，冷板式与浸没式液冷两条技术路线的适用场景，始终是行业讨论的焦点。业内普遍认为，两条路线并非替代关系，而是适配不同的算力场景，不存在绝对的优劣之分。
冷板液冷技术商业化落地更早，目前在主流高密度服务器中应用广泛，适配AI推理场景。张鹏指出，这类场景对算力卡并行的需求较低，无需极致的单机柜功率密度。而相变浸没式液冷的优势，则集中在超高密度的AI训练场景，大模型训练、大科学装置等应用需要万卡、十万卡级的大集群算力，对单机柜功率密度的要求持续攀升，相变浸没液冷的技术特性得以充分发挥。
在冷却技术选择上，黄元峰认为，15kW—30kW单机柜功率区间，风冷方案仍具备成本优势；30kW—200kW区间，冷板液冷的综合表现更优；而单机柜功率超过200kW后，浸没液冷的全生命周期成本优势便会凸显。
尽管液冷技术已进入爆发增长期，TrendForce集邦咨询的报告显示，液冷技术在数据中心的渗透率，正在以惊人的速度爬升，预计将从2024年的14%，猛增至2025年的33%。但产业发展仍面临多重挑战。
从市场渗透率来看，目前风冷方案仍占据数据中心冷却市场的主流位置，液冷的规模化普及仍有较长的路要走。从产业协同来看，国内智算基础设施的设计理念仍存在明显割裂，芯片封装、服务器设计、供电冷却系统的研发往往分属不同主体，缺乏全系统的协同设计，成为制约液冷技术落地的重要因素。
为破解液冷产业的生态碎片化难题，推动先进技术的商用普及，近日成立的“MW级相变浸没液冷基础设施开放实验室”，将面向芯片、服务器、集成商与算力运营商等产业链伙伴，开放核心接口与测试环境，协同解决技术兼容性问题，同时推动将先进工程实践沉淀为行业通用标准，从根本上降低国产智算基础设施的部署门槛。
对于液冷技术未来5—10年的发展方向，黄元峰表示，当前的散热技术优化仍集中在芯片外围，随着芯片功耗的持续提升，芯片封装内部的热阻将成为散热体系的核心矛盾，全系统传热路径的优化，将是液冷技术未来最重要的突破方向。同时，金刚石等新型散热材料的规模化应用，也将进一步打开散热技术的性能天花板。而在“双碳”目标下，液冷技术的余热回收利用，也成为行业探索的重要方向。
目前液冷系统的排水温度在40—50℃区间，可适配中水处理、农业大棚、工业低温烘干等多个场景，行业内也提出了“算热联产”的发展理念。业内人士呼吁，余热回收的规模化落地，需要政策层面的引导与支持，通过电价优惠、减碳激励等方式，推动数据中心余热的梯级利用，实现算力产业与绿色低碳的协同发展。
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