数据中心的功耗难题，液冷能解决吗？

耗能颇高的数据中心常被称为“不冒烟的钢厂”。这不仅是因为处理器运行消耗大量电力，也是因为数据中心需消耗更多能源，来冷却高温运行中的服务器。几年间，数据中心处理器功耗持续攀升，大模型更添一把“火”，业内正在寻找新的冷却方式。

“原来一个机柜40多U（长度单位），有那么高，功耗不到8000瓦，现在常用于训练或推理的4U八卡机功耗达到10千瓦，体积才那么大一点。”近日一场采访中，绿色云图总经理、网宿科技副总裁胡世轩用手比划，向记者形容，服务器机柜变小了，但一台高度不到2分米的服务器，现在却成为功耗“怪兽”。

推高功耗表现的一大原因是AI。AI处理器功耗随着性能提高而提高，传统风冷不再适合。有业内人士告诉记者，目前各种液冷技术还在竞赛，但从大趋势看，液冷已逐渐成为新建智算中心的标配。

数据中心功耗难题

全球AI基础设施竞赛还在进行。与此同时，应用于AI场景的高性能芯片功耗越来越高。山西证券研报引用S&P Global数据称，2017年主流芯片厂商TDP（热设计功耗）仅200瓦左右，到2023年，一般GPU的TDP已经达到350~700瓦，英伟达新一代B100功耗甚至超过1000瓦。

“原来一台服务器功率大概500瓦、1000瓦，现在单张芯片就能达到500瓦了。” 胡世轩向记者形容。

高功耗导向高排放。谷歌近日在其年度环境报告中指出，2023年公司温室气体排放量达到1430万吨碳当量，比2019年基准高出48%。谷歌2023年与能源相关的排放量同比增长37%，排放主要来自数据中心电力消耗。微软总裁布拉德·史密斯5月也承认，公司的减排目标受到人工智能战略的影响。

高功耗导致芯片出现高温，进而影响芯片性能，业内将这一现象成为“功耗墙”。冷却成为必不可少的手段。一般而言，数据中心有约40%的功耗用于制冷系统。传统数据中心多采用风冷等传统冷却方式，但因应对高功耗时的低能效，业内出现了取代风冷的声音。

今年早些时候，英伟达CEO黄仁勋表示，液冷技术将成为AI算力的下一个趋势性领域。英伟达从B100产品开始便采用液冷技术。“黄仁勋认为浸没式液冷是未来方向，这是他的观点，不一定代表业界对液冷技术走向的共识，但高功耗情况下，液冷确实是需要的。”一名服务器业内人士告诉记者，如果说风冷是吹风扇、空调，液冷则像泡澡。

英特尔资深技术专家近日接受第一财经记者采访时解释，之所以风冷不适应高功耗场景，是因为传统风冷风扇转速越快、散热效果越好、风扇转动耗能越高，但转速达到某个临界点后散热效果提升有限，功耗却上升明显。风冷对300瓦、350瓦功耗以上的处理器而言性价比不高。

记者从多名服务器业内人士了解到，今年服务器出货增长较明显的是智算中心常用的AI服务器。“据我们观察，新建数据中心的冷却方式以液冷为主，风冷较少。我们和中国台湾、美国的产业上下游厂商聊，发现大家的感觉都是‘今年跟以前明显不一样’。” 以上技术专家告诉记者，从存量市场看，多数数据中心仍采用风冷，应对高功耗时需通过加装更多电风扇、做大散热器等方式‘打补丁’，确保已有处理器还能使用。但未来几年，随着数据中心逐渐转向液冷，芯片厂商可能会转向推出只考虑液冷环境下运行的芯片。埃克森美孚合成基础油业务部门亚太市场总监王欣也感受到，今年数据中心服务器冷却液的需求有所增长。

粗略分，液冷目前主要有两种方式，冷板式液冷不需要浸没芯片，浸没式液冷则是将整台服务器包括芯片浸在液体中，由液体带走热量。胡世轩向记者形容，做通用计算的数据中心发热量不大，没有必要打破由冷机、空调降温的方式，而当智算中心单U功耗达0.5千瓦的临界值时，液冷的效果和性价比都更高。

“液冷和风冷相比，数据中心能节省20%以上能耗，我判断其中用在制冷上的能耗可节省80%以上。风冷数据中心PUE（数据中心电能利用效率）一般在1.5左右，有的地方要求做到1.3，从我们做的项目看，浸没式液冷数据中心PUE则能做到1.1以下。” 胡世轩表示。

仍在发展初期

液冷能以较低能耗冷却数据中心的处理器，但作为相对新兴的技术，目前部署液冷的价格仍偏高，各种液冷技术也仍在争流。

液冷有一些技术挑战需要攻克。王欣告诉记者，浸没式液体把服务器所有硬件泡在里面，材料兼容是关键难题，此外，需要解决信号稳定性、散热性等问题，冷却液厂商需要持续研发和更新。

此外，记者了解到，目前各方对冷却方案的选择各有判断，共识还未形成。据市场研究机构IDC数据，去年国内液冷服务器市场规模增长52.6%，其中95%采用冷板式液冷。技术路线上看，冷板式和浸没式都有单相和两相两种技术路线，单相采用氟碳化合物或合成油，双相目前只有氟碳化合物散热能力较高。

上述英特尔资深技术专家表示，单相冷板散热效果出色、业界采用较多，但无法根除液体泄漏风险。两相冷板所用的氟化物冷却液泄漏后不会造成电路短路，但氟化物对环境有影响。氟化物在国际上有减少或禁止使用的趋势，英特尔目前支持基于合成油的单相冷板和单相浸没式液冷技术。产业链也在根据目前的技术挑战做调整。王欣表示，氟化液冷却液非常稳定，在自然界中不容易降解且价格较高，公司推出对环境影响较小的无PFAS（全氟和多氟烷基物质）浸没式冷却液，正与产业链合作，满足浸没式冷却场景的技术指标。

整体而言，上述英特尔资深技术专家告诉记者，现在液冷还没有某种技术比另一种技术更有统治性优势，未来需求也还不明确，每个技术都有优缺点，而且为了适应未来需求还在继续演进。另有业内人士告诉记者，液冷上游供应链有不少厂家，技术有壁垒，竞争也较激烈。

价格方面，胡世轩告诉记者，浸没式和冷板式液冷的价格今年都在往下走。建造成本看，浸没式液冷比传统风冷贵5%~8%，但预计部署规模增大后，两年内可以做到风液同价。冷却液厂商也在推动冷却液迭代降价，现在已有产品价格比氟化物冷却液低很多。

目前，液冷产业链上游为零部件及液冷设备厂商，国产厂商包括英维克、绿色云图等，中游为液冷服务器及芯片厂商、液冷集成设施厂商，包括中兴、浪潮、曙光、新华三等。产业链已形成一些合作。英特尔与绿色云图、立讯精密、埃克森美孚等合作开发液冷解决方案，6月推出PUE低于1.05的G-Tank浸没式冷却解决方案。英伟达则与液冷设备提供商Vertiv合作，超微电脑也针对英伟达芯片推出液冷系统。

从相关性较大的产业链上市企业看，部分股价或业绩受液冷需求增长催化，但整体冷热不均。Vertiv股价从年初的每股45美元左右涨至美股7月11日92.86美元/股。英维克7月11日发布今年上半年业绩预告，称机房温控节能产品增长较快，上半年净利润业绩增长80%～110%。全栈布局液冷的服务器厂商浪潮2023年曾受专用芯片供应紧张影响，营收、净利润均同比减少，今年上半年预计营收同比增长60%以上。

今年第一季度，中科曙光旗下布局数据中心冷却技术的曙光数创营收则同比下降94.22%，净利润亏损，公司相关负责人5月在投资者活动上提及，冷板产品门槛低于比浸没液冷产品，仍处于发展初期，很多同行业公司都在进入冷板市场抢夺份额，导致竞争激烈，公司目前以抢占市场份额为主，长远看预计毛利会改善。