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算力发展与液冷技术挑战:CDU液冷泵综述算力发展与液冷技术挑战:CDU液冷泵综述首届AIDC产业发展大会作为全球计算领域的重要行业盛会,由全球计算联盟(GCC)发起,联合中国电子技术标准化研究院(CESI)、中国电子工程设计院(CCEED)于2025年9月下旬在上海举办。该大会以“释放澎湃算力,开启AIDC新纪元”为主题,发布了由GCC牵头、联合产业链数十家头部企业共同编撰的《AIDC基础设施规范》。这一文件是业界首个针对AIDC建设的系统性标准文件,为AIDC产业的规范化、标准化发展提供了重要依据。 华为董事、ICT BG CEO杨超斌在大会现场发表致辞,深入剖析了算力发展与液冷技术面临的挑战。他指出,算力的核心在于底层处理器,当前主流处理器的热流密度已高达150瓦每平方厘米,预计未来几年,每个处理器表面的热流密度将超过200瓦每平方厘米。如何找到有效方式将热量散出,确保芯片高效运行,已成为智算时代AIDC行业面临的共同难题和挑战。 针对这一问题,杨超斌提出了三点重要观点: 1)液冷机房成必然选择:随着单个算力集群规模和服务器功率的大幅增长,液冷机房正逐渐成为AI数据中心的必然选择,以满足日益增长的散热需求。 2)产业链与标准化建设亟待完善:液冷数据中心的产业链和标准化建设尚不完善,需要各方共同努力,推动行业的规范化和标准化发展。 3)标准化需整体考量:液冷数据中心的标准化建设需要将机房建设作为一个有机整体进行考虑,确保各个环节的协调配合,提高整体效率和可靠性。 近年来,算力需求呈现出爆发式增长,芯片热功率不断攀升,已达到风冷技术的极限。与此同时,国家对“能耗大户”数据中心PUE(PUE = 数据中心总能耗/IT设备能耗,其中数据中心总能耗包括IT设备能耗和制冷、配电等系统的能耗,其值大于1,越接近1表明非IT设备耗能越少,即能效水平越好)提出了更为严格的要求。在“双碳”政策持续推进的大背景下,服务器作为核心IT基础设施,面临着散热和“碳能双考”等多重压力。在此严峻形势下,液冷技术在服务器中的应用成为了首选方法之一。 液冷技术:高效散热的细分领域与多元路线 液冷服务器,顾名思义,是将液体作为冷媒注入服务器,通过液体流动带走服务器运行时产生的热量,从而达到冷却的目的。与传统风冷服务器相比,液冷服务器具有散热效率更高、耗电量更低、噪音污染更小等显著优势。值得注意的是,尽管风冷服务器由于发展时间久,技术相对成熟,目前仍然是大多数数据中心和企业选择的主流,但随着能源效率需求的不断增加,液冷服务器取代风冷服务器已成为必然趋势。 液冷技术在数据中心行业中属于高效散热解决方案的细分领域。其核心原理是采用去离子水、醇基溶液、氟碳类工质、矿物油或硅油等液体作为冷媒,通过液体介质直接或间接吸收服务器等设备产生的热量,从而满足高密度计算场景下的散热需求。 近年来,随着高性能计算(HPC)、人工智能训练与推理、超大规模数据中心等领域的快速发展,特别是在搭载高功耗GPU和CPU的AI服务器中,液冷技术逐渐成为主流选择。 根据行业数据显示,全球液冷市场规模预计在2025年达到约31亿美元,同比增长率约为25%。从区域市场来看,亚太地区增长最快,这得益于区域内超大规模数据中心建设和AI算力需求的提升,尤其在中国、日本和韩国等国家表现突出。北美和欧洲虽增速相对较低,但仍是液冷技术的重要应用区域。 液冷技术主要分为冷板式、浸没式(包括相变和单相)以及喷淋式三种技术路线: ■冷板式:通过冷板贴合发热元件进行散热,改造相对简单,但管路较为复杂。目前,华为、浪潮等企业积极布局该技术路线。 ■浸没式:将服务器完全浸入冷却液中,散热效果好且静音,但需要定制化设备,运维难度较高。曙光、阿里等企业在浸没式液冷技术方面取得了显著进展。其中相变式利用液体蒸发吸热,单相式依靠循环流动散热,两者对设备兼容性要求较高。 ■喷淋式:通过顶部喷淋冷却液进行换热,具备静音和节约液体的优势,但需要解决液体分配与密封问题。广东合一专注喷淋式液冷技术的研发与应用。不同技术路线各有侧重,共同推动着数据中心高效散热的发展。 冷板式液冷目前在数据中心液冷市场中占据主导地位。与此同时,随着技术的日益成熟以及成本的逐步降低,浸没式液冷正加速走向普及,逐渐成为高密度AI算力场景下的首选方案,展现出巨大的发展潜力。 具体来看,冷板式液冷系统在能效方面表现出色,其PUE(能源使用效率)通常维持在1.1 - 1.2之间;而浸没式液冷系统更是将PUE降至1.05以下,并且能够支持单柜功率达到120kW +,相较于传统风冷系统,能效提升极为显著,为数据中心的高效运行提供了有力保障。 技术路线的多元化发展,为不同应用场景精准提供了“最优解”。冷板式液冷的核心优势在于兼容性强,它无需对服务器结构进行大规模改造,能够直接兼容现有风冷数据中心基础设施,这使得改造成本大幅降低、改造周期显著缩短。正因如此,冷板式液冷占据了当前液冷市场超90%的份额。而浸没式液冷则在散热效率上更胜一筹,已在GPU密集型场景实现重大突破,尤其适用于100kW/机柜以上的超高密度场景。这种技术分化并非行业的“内耗”,恰恰是液冷技术生态走向成熟的重要标志,它使得液冷方案能够全面覆盖从边缘计算到超算中心的全场景需求,为不同规模的算力应用提供了高效、可靠的散热解决方案。 冷板式液冷 冷板式液冷为非接触式液冷,其工作原理是将服务器发热元件(如CPU、GPU、内存等高发热部件)贴近液冷板(通常为铜铝等导热金属构成的封闭腔体),冷却液在液冷板内流动,带走发热元件的热量,冷却液不与发热源直接接触,冷却液多采用去离子水、乙二醇溶液、丙二醇溶液等。冷板式液冷系统主要由冷却塔、CDU、一次侧&二次侧液冷管路、冷却液、液冷机柜组成;其中液冷机柜内包含液冷板、设备内液冷管路、流体连接器、分液器等,冷板式液冷原理如下图所示。 冷板式液冷系统原理图 (图片来源:中兴通讯液冷技术白皮书) 冷板式液冷服务器在行业内具有10年以上的研究积累,技术相对成熟,相比传统风冷散热技术可实现60%~90%的能耗降低,并且兼容现有硬件架构,对当前机房配套和服务器改造难度和成本较小。但冷板式液冷只是对高发热器件实现液体冷却,对于低发热元件(如主板、电源等)仍需要增设风冷单元进行散热,未能实现100%的液冷散热。 冷板式液冷服务器的典型厂商主要有IBM、谷歌、华为、浪潮信息、联想、中科曙光、中兴通讯等。 浸没式液冷 浸没式液冷属于直接液冷,其工作原理是将整个服务器或其组件直接浸没在冷却液中,液体与发热源直接接触,通过液体升温或相变带走服务器中所有发热元件的热量,冷却液多采用矿物油、硅油、氟化液等不导电、非腐蚀性液体。其中浸没式液冷根据冷却液在浸没腔体中形态的不同,可以进一步分为单相浸没式液冷和双相浸没式液冷两种。 1)单相浸没式液冷 在单相浸没式液冷中,冷却液在热量传递过程中仅发生温度变化,不存在相态转变仍保持液体状态。单相浸没液冷系统原理是将服务器直接浸没在冷却液中,冷却液吸收服务器产生的热量后由浸没腔体顶部出口流回CDU,通过CDU内部的板式换热器将吸收的热量传递给一次侧冷却液,再通过外部冷却装置(如冷却塔)将热量排放到大气环境中,如下图所示。 单相浸没式液冷系统原理图 (图片来源:中兴通讯液冷技术白皮书) 2)两相浸没式液冷 两相浸没式液冷的传热路径与单相浸没液冷基本一致,不同之处在于冷却液在密闭腔体中与发热器件进行热交换时发生相态转变,沸腾形成冷却液气体汇聚到浸没腔体顶部,与安装在顶部的冷凝器发生换热后冷凝为低温液态冷却液下沉到腔体底部,循环继续,如下图所示。 两相浸没式液冷系统原理 (图片来源:中兴通讯液冷技术白皮书) 与传统风冷和冷板式液冷相比,浸没式液冷服务器可完全去除散热风扇,实现100%液体冷却,能大幅降低冷却能耗,节能效果好,数据中心PUE值可降至1.13及以下,但是浸没式液冷服务器改造成本比冷板式液冷服务器高。 首先,从现场改造的角度来看,浸没式液冷需要为IT设备配备水槽或新的机箱,机柜内需要充满冷却液导致重量增加,对机房有较高的承重要求;其次,浸没式液冷服务器需要将服务器组件完全浸入液体中,为保证冷却液体能够有效地接触到散热部件,并防止液体渗入电路板等敏感部分造成损坏,这就需要与服务器供应商或专业的液冷系统集成商合作,进行定制化的开发和部署;此外,后期维护时,需要配备专用维护辅助设备(可移动机械吊臂或专业维护车)实现设备的竖直插拔。 目前,戴尔、中科曙光、新华三、宁畅、阿里云等国内外厂商都推出了各自的浸没式液冷服务器产品。 3)喷淋式液冷 与浸没式液冷相比,喷淋式液冷通常不需要对现有的基础设施进行大幅度地改动,只需在喷淋模块调整喷淋头,使冷却液从服务器机箱顶部喷淋下来,精准喷洒于发热元件进行对流换热,被加热后的冷却液将通过回液箱进行收集,并通过泵输送至CDU冷量分配单元进行下一个制冷循环,冷却液多采用矿物油、氟化液等不导电、非腐蚀性液体,如下图所示。 喷淋式液冷系统原理图 (图片来源:中兴通讯液冷技术白皮书) 喷淋式液冷服务器同样实现了100%液冷,相较于浸没式液冷节省冷却液,数据中心PUE可降至1.1左右。但目前技术还处于发展初期,喷淋冷却的传热机理复杂,未有统一的传热模型,且服务器整体密封于机柜中,排液、补液,维护时会破坏服务器原有密封结构,运维难度最高,有待深入研究。 当前国内主要有中国长城和广东合一专注喷淋式液冷解决方案。 在CDU(冷却分配单元)环节,设备主要集成水泵、换热器、控制器,其价值量占液冷系统的 20%-25%。目前,英维克、高澜股份、曙光数创等国内企业推出的CDU产品,已实现板式换热器、电动比例阀等核心部件的国产化;其中,英维克可提供覆盖 CDU、管路、冷源的全链条解决方案。 CDU循环泵 ■ 液冷系统的“动力心脏” CDU在液冷系统中处于核心枢纽位置,承担着一次侧与二次侧回路之间的热量交换与工质管理功能。其内部结构复杂,由换热器、二次侧水泵、管路组件、传感器、配电控制箱等主要部件,以及过滤器、稳压装置、自动补液装置等辅助功能模块组成。工作时,通过内部换热器将二次侧吸收的高温冷却液与一次侧的冷冻水等介质进行热交换,以此实现热量的有效传递与调控。 循环泵作为CDU的核心组件,堪称CDU的“心脏”。它的主要作用是为冷却液的循环提供持续稳定的动力,确保冷却液能够在整个液冷系统中按照既定路径循环流动。在一定流速范围内,单位时间流经散热区域的冷却液量越多,所能携带走的热量就越大,散热效果也就越好。循环泵的性能直接影响着整个液冷系统的散热效率与能耗水平。 液冷服务器机架CSU泵 后门热交换器泵 浸没液冷CDU泵 在冷却系统的设计过程中,需要充分考虑多方面因素。一方面,系统要具备足够的处理能力,能够轻松应对数据中心日常运行产生的冷却负载,确保服务器在稳定的环境中持续工作。另一方面,它还应具备灵活的调节能力,能够从容应对突增的负载情况。例如,在数据中心进行大规模数据处理或运行高负载应用程序时,冷却系统要能够迅速调整冷却能力,保证服务器的温度不会因负载的突然增加而急剧上升。 此外,系统的设计还应兼顾未来的需求增长。随着数据中心业务的不断拓展和算力的持续提升,冷却系统要具备可扩展性,能够方便地进行升级和改造,以适应未来更高要求的冷却需求,为数据中心的长远发展提供坚实的保障。 低温冷却液循环泵 国内外典型CDU循环泵品牌 在全球液冷系统CDU冷却分配单元的泵市场中,国际品牌拥有先发优势,比如丹麦格兰富、德国威乐、美国赛莱默等企业凭借深厚的技术积累、先进的制造工艺以及良好的品牌声誉,受到众多大型数据中心和对散热要求极高的企业用户青睐。 格兰富 格兰富(Grundfos)水泵被广泛运用于数据中心的各种应用:温度控制、水处理、废水输送和增压。 液冷系统的散热效果和稳定性都与水泵的性能、智能化程度直接相关,格兰富E泵的稳定性、低维护成本、低电耗水耗、以及“无感知”智能冷却等优势,可根据系统负荷的变化,实时调整转速,优化温度控制,从而无需对系统阀门进行复杂的调节和校准,且其还配备变频器的E电机,能够平衡一次 / 二次回路,使得CDU能够在恒温控制模式下运行,并对任何工况变化实时做出响应,从而优化能源使用,显著降低能耗。因此格兰富在液冷行业应用广泛。 威乐 威乐(Wilo)推出了多种水力模块产品以及基于液冷技术的水泵解决方案,以适应不同的应用场景和技术要求,包括有:Wilo-ICE CUBE预制化水力模块、Wilo-Atmo: TERA-SCH中开双吸泵、Wilo-Atmos GIGA N卧式端吸离心泵、Wio-Atmos BST不锈钢卧式端吸离心泵、Wilo-BCES永磁大流量屏蔽泵、Wilo-Atmo: GIGA-BX不锈钢紧凑型卧式端吸泵、Wilo-Medana CH1不锈钢卧式多级高心泵、Wio-NLB不锈钢卧式端吸离心泵。 下面是几款典型的产品: Wilo-Ice Cube“云模舱”预制水力模块解决方案将水泵、阀门、管路、定压补水、控制等设备集成设计及安装到了标准集装箱内,在威乐工厂进行预制及检测,集装箱到达客户现场后接水接电即可运行,在数据中心应用中得到广泛应用。 Wilo-Atmos GIGA-BX新一代不锈钢紧凑型端吸泵针对工商业使用设计,产品拥有卓越的水力效率,同时紧凑的结构使安装适配性更广、灵活性更强,产品具有完善的CE/UL认证,过流部件采用不锈钢材质,兼容更多种形式的流体介质,为大冷量的数据中心以及冷却分发单元(CDU)和储能及新能源应用场景中,都可提供最优水系统解决方案。 Wilo-Helix V系列立式多级泵(永磁电机)主要应用于供水增压、工业循环冷却系统以及消防系统等。优化的水力模型可实现高能效、低能耗;优化的流道和排气设计,带来了更低的汽蚀余量;激光焊接3D叶轮,提高产品可靠性,满足更长的使用周期。此外,该产品使用可拆卸式联轴节设计,大大减少了维修难度,可拆卸集装式机械密封,更加方便更换;同时泵体多种连接方式,可满足不同行业的需求。 Wilo-Medana-CH1-L大流量不锈钢卧式多级离心泵可广泛应用于供水增压、工业冷却以及配套系统,泵壳和水力部件均为不锈钢材质,拥有紧凑的结构设计和高效的水力性能,产品符合UL、CE认证,以满足不同市场需求。 Wilo-Atmos BST不锈钢卧式端吸泵适用于水处理、冷却、供水增压系统,叶轮和泵体可选多种不锈钢材质,核心零件采用激光焊接技术,保证产品效率和稳定性。独立支撑脚设计,尺寸紧凑,便于安装,标配GB3能效电机,适用于35-50Hz工况。 赛莱默 数据中心对冷源系统内的设备提出的更高要求,针对智算中心,赛莱默(Xylem)开发出建筑信息模型(BIM)预制化高效水力模块系统,功能模块多样,适应性强。 赛莱默集装箱水力模块 Cooling Hub以建筑信息模型(BIM)为基础,采用机电一体化设计,由泵组、定压补水装置、配电柜、控制柜、传感器、视频监控、安防门禁系统组成的一体化多功能系组平台。该BIM采用模块化设计,布局统化占地小;装配式预制生产,可实现快速交付和部署,沟通对接界面少,易维护管理。 该Cooling Hub集装箱式水力模块核心采用赛莱默旗下B&G高效端吸泵,融合全球研发智慧,采用革新性水力设计,整泵效率全面达到并超越国家节能评价值,配备刚性底座,运行更稳定可靠;对过流部件洁净度要求极高,所有部件在装配前均经过高温清洗与专用产线压力测试,有效防止水质污染,确保系统长期安全运行。 而系统中采用的Lowara IE5永磁高效电机定压补水泵具备超低能耗表现,结构坚固,体积紧凑,为冷却系统提供持续稳定的补水保障,全面提升系统能效与安全性。 国内CDU循环泵市场起步相对较晚,但近年来发展迅速。南方泵业、利欧股份、大元泵业等企业积极布局,不断提升自身技术水平与产品质量,在国内市场逐步崭露头角。 南方泵业 面对算力行业以高密度适配、模块化设计、节能低碳为核心竞争力的发展趋势,以及冷板式与浸没式液冷技术并行演进的技术格局,南方泵业凭借覆盖从边缘计算到超算中心的全场景能力,深度融合智能控制系统、环保型冷却液与高效热交换技术,持续优化液冷泵系统性能。 其液冷泵解决方案可有效支撑数据中心PUE降至1.2以下,全面满足AI算力爆发时代对高效、可靠散热的迫切需求。 南方泵业推出的芯片级算力液冷系统,聚焦高功率芯片散热挑战,核心产品包括为高功率芯片冷板式液冷系统设计,具备高稳定性与精准流量控制能力的CDU循环泵;以及采用先进磁悬浮技术,实现无接触、低振动、超长寿命运行,显著提升系统可靠性的磁悬浮液冷泵: 其中,磁悬浮液冷泵技术成功打破国际技术垄断,已在国家级超算中心实现高达 1200 W/cm² 的散热密度,展现出卓越的热管理能力。 据悉,2025年上半年,南方泵业液冷泵业务成为南方泵业增长最快的核心业务板块。 利欧泵业 凭借三十年水泵研发与系统应用经验,利欧泵业深入布局数据中心冷却领域,推出了“水泵设备+泵与系统+技术融合”的数据中心冷却系统解决方案。该解决方案覆盖一次侧与二次侧全场景应用,涵盖高效单泵产品、水动力模块(集成泵房)、全生命周期服务以及智慧运维系统。 利欧智冷水动力模块(一次侧)是专为数据中心设计的高效冷却设备,用于维持数据中心设备的稳定运行,确保数据安全。采用冗余双电源设计,内置多重保护程序,运行稳定可靠。标配利欧永磁系列水泵,采用温差控制技术,可联动冷却塔,优化冷却效率。搭载边缘计算,可实现对冷却水的全面监测,智慧运维。可应用于大中小型数据中心、云计算中心、金融数据中心。 利欧RPC系列屏蔽泵聚焦数据中心二次侧冷却系统集中式及分布式CDU,尤其适用于对可靠性、效率和维护要求高的高密数据智算中心。 通过零泄漏屏蔽结构、近IE5能效永磁电机及智能兼容设计,可有效降低数据中心PUE值,为AI算力中心提供全生命周期免维护的冷却保障。 此外,利欧还将“永磁水泵”、“温差控制”、“冷却塔联控”、“预测性分析”、“AI寻优”等多项核心技术融汇进数据中心冷却系统解决方案中。 新沪屏蔽泵 屏蔽泵凭借其永磁同步电机、无损轴承技术以及在汽蚀与两相流处理方面的共性技术突破,具备长寿命、高转速、高集成度、低噪音等显著优势,在数据中心液冷泵应用中展现出卓越的性能竞争力。作为大元泵业旗下新沪的核心技术产品,其屏蔽泵已成为高端液冷系统的关键动力支撑。 新沪专用于液冷场景的BT、BG、BM系列屏蔽泵,集多项技术突破于一体,全面破解液冷系统部署中的关键难题,比如采用全封闭屏蔽设计,取消机械密封结构,从根本上杜绝冷却介质外泄风险;具备超高压力承载能力,精准匹配液冷系统“高扬程、小流量”的工况需求,满足高功率芯片瞬时热负荷的“爆发式”散热挑战;运行噪音显著降低,突破传统高功率泵的噪声瓶颈,同时保持强劲动力输出,适应复杂多变的工况环境;采用紧凑化、模块化设计,大幅节省机房宝贵空间,提升液冷系统的集成度与部署灵活性,适用于边缘计算、机架级及CDU等多种场景;高效永磁电机与优化水力模型结合,显著降低能耗;优异的抗汽蚀性能延长泵体使用寿命,配合超长免维护周期,有效降低全生命周期运维成本(TCO)。 凭借上述核心优势,新沪屏蔽泵产品可应用于数据中心服务器液冷循环、储能系统热管理、CDU(冷却分配单元)主循环驱动和芯片级精准散热系统。 据悉,大元泵业已参与与某液冷领军企业联合开发,共同推动液冷技术成为数据中心主流散热方案。 — END — 邮箱:bengyouquan@126.com微信:stephen528(验证消息:泵友圈) |