AI服务器之散热：渗透率加速，AIGC需求旺，液冷站上新风口 ,服务器散热公式

大家好，我是小胡。这期内容我们聊一下数据中心液冷散热，并分享几家A股液冷产业重要的公司。

随着三大电信运营商发布《电信运营液冷技术白皮书》以及生成式AI对算力需求的提升，液冷散热将加速渗透并迎来新增量。

一个完整的数据中心由IT设备和基础设施构成，基础设施是支撑数据中心正常运行的各类系统的统称，包括土建、配电、制冷、机柜、布线、消防等，成本约占数据中心投资成本的13%。

根据施耐德的数据，制冷系统（传统风冷，包含冷冻水机组、精密空调和冷却塔）在基础设施建设成本中占比超过20%。

数据中心的冷却方式可分为传统风冷和液冷，风冷是通过冷/热空气通道的交替排列实现换热，冷空气进入数据中心后，扩散经过服务器，吸收服务器产生的热量后进入热风通道。

液冷是以液体作为媒介，利用液体流动将数据中心IT设备内部元器件产生的热量传递到设备外，使IT设备的发热部件冷却，以保障IT设备在安全温度范围内运行，液冷主要有冷板式、浸没式、喷淋式三种。

相比液冷，风冷具有低密度、低散热能力、高能耗的劣势，特别是对于AI服务器等高性能计算应用，劣势尤为明显。

通过风冷要达到冷却效果，数据中心通常需要大量的空间来放置制冷设备和服务器机架。

当散热风机转速超过4000转时，转速增加只能改善与空气的导热传热，散热效果明显降低。另外，由于缺乏合适的空气流量控制系统，风冷散热还容易在服务器机架之间和服务器内部产生局部热点。

而液体的导热率更高、比热容更大，单位体积的热容量更大，吸热能力更强。

在能耗方面，传统风冷系统在数据中心的电力能耗占比达到40%，仅次于IT设备，不利于节能。

虽然液冷设备前期投入成本较高，但可以通过去掉冷冻水机组、减少机架、减少数据中心占地面积等降低整体建设成本。

机构测算，当服务器机架功率密度提升，采用液冷技术可降低数据中心基建成本，比如提升4倍功率密度，可节省13%的成本，同时还能提升制冷系统在基建中的价值量，由原来的14%，提升至30%。

在后期数据中心运行成本中，液冷数据中心优势更为明显，可明显降低能耗，节省电费支出，以10MW的数据中心为例，液冷数据中心PUE（数据中心总能耗/IT设备能耗）可降至1.2以下，达到1.15，而风冷方案则为1.35。

随着服务器芯片功耗的大幅度提升，单位密度发热量同步增加，对导热、散热提出了更高的要求。

服务器2U空间下，250W大约是风冷的极限，4U以上风冷可以解到400-600W，但对AI芯片来说，单颗普遍超过400W（一台服务器配置4-8颗），英伟达H100单颗最高功耗可达700W，远超风冷的散热极限。

另外，数据中心单机柜的平均功率密度逐年提升，AI集群算力密度普遍达到50KW/柜，预计到25年，全球数据中心单机柜平均功率将突破25KW。

而风冷数据中心单机柜密度一般只支持8-10kW，冷热风道隔离的微模块加水冷空调水平制冷在机柜功率超过15kW后性价比大幅下降，液冷数据中心在散热能力与经济性上的优势逐步凸显。

除此之外，在绿色低碳目标下，国内多地明确提出加大数据中心节能技术改造力度，新建数据中心PUE限制在 1.3 以下，存量数据中心PUE不高于1.4。

随着算力需求、芯片功耗、功率密度的

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