Angela Taylor是LiquidStack的幕僚长兼战略主管。

冷却系统占数据中心能源账单的比例高达40%，因此提升每瓦性能（PPW）对于数据中心的长期可持续性和盈利能力至关重要。

Angela Taylor
Angela Taylor
图片来源：LiquidStack

研究对比了浸没式和直接芯片（DTC）等液冷技术与空气冷却技术，发现浸没式冷却的PPW提升超过40%，而直接芯片系统根据外部条件不同，PPW提升15%至37%。

尽管液冷性能更优，但美国能源部2025年的一份报告显示，90%的美国数据中心仍主要依赖传统HVAC或其他空气冷却系统进行热管理，全球范围内这一比例更高。

最大化PPW

然而，变革正在发生。数据中心运营商已认识到空气冷却的局限性，正逐步摒弃这些传统系统。

机架已超出空气冷却的能力范围。由于AI工作负载和高密度计算集群，机架变得高温且耗电。这促使运营商考虑采用液冷来降低能耗并释放搁置空间和容量。一项研究显示，液冷可将PPW比空气冷却提升17%。

提升PPW

在两种主要液冷类型中，直接芯片冷却应用最广，但随着计算芯片热设计功耗随性能提升而增加，浸没式冷却有望获得更广泛采用。浸没式和直接芯片冷却都具有成本节约潜力，且在能效方面均优于空气冷却。

快速路径

直接芯片冷却通过分配单元将冷却液引导至安装在CPU、GPU、SSD和RAM等高热组件上的冷板。空气系统通常仍用于冷却其他服务器组件。

直接芯片技术主要有两种类型：单相和两相。

单相系统中，冷却液（通常是水或水-乙二醇混合物）在流经冷板时保持液态，通过显热传递移除热量。这类系统相对简单，部署成本低于两相方案，但需要更高的冷却液流量和泵功率，通常支持的最大热通量较低。由于与现有服务器设计和机架架构兼容，单相DTC方案在针对AI和高性能计算等高密度工作负载的改造中，比浸没式或两相系统更容易实施。

两相DTC则使用介电制冷剂，在冷板内部沸腾吸收潜热，然后在冷凝器中重新冷凝。它提供高传热性能和均匀的芯片温度，且泵功率低，但系统复杂度高，需要精确的压力/温度控制以防止干烧。

两种方法相比空气冷却都能带来显著的效率提升。我所在的LiquidStack公司的分析发现，DTC冷却系统可提供相比空气系统36%的冷却能耗降低和48%的资本支出减少。

长期路径

浸没式冷却将服务器完全浸没在冷却液中。与DTC类似，浸没式冷却也有单相和两相两种类型。

单相浸没式中，服务器浸没在通过CDU循环冷却的液体中。两相浸没式中，服务器浸没在特殊的介电传热流体中，该流体在密封罐内沸腾并冷凝。

浸没式冷却消除了服务器风扇的需求，风扇可占服务器功耗的20%。它还减少或消除了机房空气处理机组，并实现超高效热传递。由于设计考虑，浸没式系统最常用于新建数据中心，用于专用高性能集群。尽管需要专用罐体、流体维护和系统集成，浸没式冷却可支持更高机架密度（250 kW/机架或更高）。

在微软的试点项目中，团队报告每台服务器使用浸没式冷却可节省高达15%的能耗，而其他部署实现了超过90%的冷却能耗降低（相对于空气）。除了PPW和其他效率提升外，浸没式冷却还可降低硬件故障率，并提供多种热回收机会。

实施路径

对于评估液冷的数据中心运营商，分阶段路线图有助于以最小干扰获取PPW收益。遵循以下五个基本阶段，确保部署成功：

  • 评估：从系统审计开始——机架功率密度、工作负载热特征和当前冷却性能。利用此评估建模TCO并定义目标收益。
  • 试点：在试点阶段，从高密度机架子集开始。在此阶段测量PPW、PUE和CDU性能，验证ROI并积累运营经验。如需基准，微软Azure试点中，两相浸没式冷却将每台服务器功耗降低了5%至15%。
  • 集成：在此阶段，尽早规划CDU位置、管道和整体排热策略。同时，培训员工液体处理技能，并设计冗余以保障正常运行时间。
  • 扩展：最佳扩展方式是按层级或集群扩展，优先处理最密集的工作负载。将部署与硬件刷新周期对齐，以平滑资本支出并减少干扰。
  • 合作与优化：与经验丰富的OEM和集成商合作。选择模块化CDU、经过验证的流体，并确保保修覆盖。持续跟踪PPW、PUE和流体健康状态，以维持效率并指导未来部署。

通过遵循这种分阶段方法，可以在每一步最小化风险的同时解锁效率提升。凭借正确的战略和合作伙伴，液冷可以从试点平稳过渡到生产，再到全面部署。

成本削减

电源使用效率（PUE）——定义为设施总能耗与IT设备专用能耗之比——长期以来一直是数据中心效率的首选指标。然而，PPW提供了更全面和前瞻性的视角。它不仅考虑能源使用，还考虑每瓦特提供的计算价值。

这使得PPW在当今AI驱动的环境中尤为重要，工作负载比以往更热、更密集、更动态。现在优化PPW的运营商将能更好地负责任地扩展、降低运营成本并实现可持续性目标。

液冷不仅仅是前沿技术——它是PPW驱动性能提升的战略推动者。无论从DTC开始还是全面采用浸没式，关键在于尽早行动、战略规划并跟踪正确指标。今天拥抱液冷的人将在明天收获回报：更高的每瓦性能、更低的能源账单、更长的硬件寿命，以及在可持续数据经济中更强的竞争优势。