2025年数据中心冷却技术展望：两相液冷、混合冷却与北方选址成焦点

数据中心可能占到2028年前美国电力负荷增长的44%，并到2030年消耗全国高达9%的电力供应，这引发了对美国电力可用性和成本的担忧。据美国国家可再生能源实验室数据，数据中心电力使用中高达40%用于冷却，因此提高冷却效率作为降低能耗的策略备受关注。冷却也是数据中心设计的关键环节，影响着设施的开发、建造和改造方式。

2024年下半年，多个与数据中心冷却系统相关的重大公告发布，这些系统保护高性能处理器和服务器，支撑人工智能所需的先进计算。12月，微软和施耐德电气分别发布了高效液冷系统设计，以支持日益强大的AI芯片。微软的水基设计采用闭环运行，消除了蒸发浪费，而施耐德电气的数据中心参考设计则使用非水制冷剂。2024年早些时候，维谛技术和Compass Datacenters展示了其“首创”的液气混合系统，并预计于今年初部署。

以下是数据中心冷却专家表示将在2025年及未来关注的趋势和发展。

两相液冷将进入主流

根据AFCOM《2024年数据中心行业状况报告》，大多数数据中心专业人士对当前冷却解决方案表示不满。35%的受访者表示因冷却能力不足而定期进行调整，20%表示正在积极寻求新的可扩展系统。

许多数据中心冷却专家预测，开发者和运营商将越来越多地转向两相直接芯片冷却技术以提升冷却性能。这些系统在液体和蒸汽状态之间切换工作流体（通常为非水制冷剂），据直接芯片液冷系统设计商Accelsius称，这一过程“在热量移除中发挥关键作用”。

Accelsius首席执行官Josh Claman在接受采访时表示，2025年将是两相系统的“实施之年”，随着数据中心专业人士对该技术更加熟悉。Claman称，计算需求更高的更复杂数据中心更可能寻求两相冷却。

“几乎不会有新建数据中心完全采用风冷或完全采用液冷，因为并非所有应用都需要高强度液冷——想想很少访问的归档数据与生成式AI的对比。”

Sarah Renaud，ENCOR Advisors咨询服务副总裁

传统风冷在服务器机架密度约70千瓦时达到物理极限，这是当今最先进AI训练设施的基准，ENCOR Advisors（一家服务数据中心客户的商业房地产公司）咨询服务副总裁Sarah Renaud表示。由于未来机架密度更高，“两相是未来”，Renaud说，“它能处理更高功率密度和热通量，意味着更适合处理AI工作负载。”

混合冷却将扩展，但供应链风险隐现

根据Chemours、Syska Hennessy Group和冷却系统设计商LiquidStack于2024年3月的研究，两相浸没式冷却为数据中心运营商提供的10年总拥有成本低于直接芯片或单相浸没式冷却。但专家表示，其高昂的前期成本、传统冷却系统的长运营寿命以及单个数据中心内多变的冷却需求，意味着两相技术将在未来一段时间内与其他技术共存。

“几乎不会有新建数据中心完全采用风冷或完全采用液冷，因为并非所有应用都需要高强度液冷——想想很少访问的归档数据与生成式AI的对比，”Renaud说，“你可以用风冷更经济地冷却那些（要求较低的）机架。”

微软的闭环水基冷却系统“似乎与一种渐进式策略相符”，支持其近期需求，同时“允许其基础设施在时机成熟时轻松转向先进冷却技术，如直接芯片两相冷却”，LiquidStack产品与商业赋能总监Nick Schweissguth表示。

“十年前，你会尝试（设计数据中心时）提供超出需求的容量，然后逐步扩展，但现在你不知道需要按什么（功率）密度来建设。”

Steven Carlini，施耐德电气创新与数据中心副总裁

但Schweissguth表示，数据中心运营商的混合冷却计划可能因供应链问题而复杂化，而预期的特朗普政府关税可能加剧这些问题。他指出，直接芯片冷却液分配单元（CDU）尤其面临风险，这些单元使处理器保持浸没在流体中。

随着2025年CDU需求激增，“争夺直接芯片市场的公司最终将取决于其大规模生产能力和与供应商建立牢固关系的能力，”Schweissguth说。

建筑与系统设计将演进以实现24/7不间断运行

施耐德电气创新与数据中心副总裁Steven Carlini表示，运营商对最先进AI数据中心的期望远超对前几代设施的期望。早期设施可能具有平均30%或40%处理能力的可变工作负载，而AI设施在训练模型时通常以100%容量运行数周或数月，因此需要更坚固和冗余的设计，Carlini说。

“这消除了可变性，但你必须确保设计冷却系统来支持这一点，”他说。Carlini描述了近未来，更高机架功率密度需要更重的冷却基础设施，这给数据中心设计带来额外物理需求。例如，他团队最近参与的设计涉及“巨大”管道、“超级集群上方的大型钢笼”或两层楼平面，第一层与混凝土板齐平以承受额外重量。“所有那些水都必须有去处，”他说。

“缓慢但稳定”的改造活动

Accelsius的Claman表示，改造运行中的数据中心以容纳更强大的处理器是一项巨大的技术和物流挑战，这导致一些人认为新建更容易。但他指出，新建筑资源密集度显著更高，使企业可持续发展目标复杂化。现有数据中心通常拥有更强大的电力供应。“这就是它们所在位置的原因，而且它们不容易迁移，”他说。

根据仲量联行《2025年全球数据中心展望》，运营中数据中心的大部分资产价值在于其电力供应和基础设施，如电气、管道和其他技术系统。鉴于新开发项目获取电力的挑战，这些资产尤其宝贵。因此，将现有数据中心过渡到液冷等改造将“成为可行的解决方案和增加资产价值的机会”，仲量联行展望称。

Meta正在将其现有数据中心过渡到液冷，“因为他们说‘必须这样做’”，而托管巨头Equinix在2023年12月表示将把液冷扩展到其100个数据中心设施，Renaud指出。Claman预测改造将“缓慢但稳定”推进，并围绕其益处展开“更平衡的讨论”。施耐德电气也押注这一趋势，最近与英伟达合作发布了三个改造参考设计，供希望在不从头重新设计设施的情况下提升性能的数据中心运营商使用。

Carlini表示，计算能力的快速增长意味着今天处于前沿的数据中心可能迅速落后，这进一步复杂化了设计同时具备风冷和液冷基础设施的艰巨挑战。“十年前，你会尝试（设计数据中心时）提供超出需求的容量，然后逐步扩展，但现在你不知道需要按什么（功率）密度来建设，”他说。

北方气候设施可能获得优势

Carlini表示，即使在较新的数据中心，空气也提供20%至30%的冷却负荷。这促使注重效率的开发商将更多设施选址在“阁楼”——行业对较凉爽北方地区的非正式称呼，Renaud和Claman说。“市场经常谈论美国北部、北欧和加拿大的‘免费冷却区’，”Claman说。

在较凉爽天气下，风冷系统的能源使用可能下降高达95%，Renaud说。“我们看到混合托管策略的趋势，即不需要频繁访问的数据可以存储在更偏远和更冷的位置，”而高访问频率设施则留在较温暖、更成熟的数据中心枢纽，如北弗吉尼亚州，她说。寒冷气候站点也不太可能需要耗水的蒸发冷却系统，这些系统在温暖干燥气候中常见，并引发了对数据中心环境影响的担忧，Claman说。他预测将转向闭环冷却系统，利用季节性免费冷却。“围绕排干含水层来冷却数据中心有很多审查，”他说。