液冷
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液冷是用液体取代空气作为传热介质，将 AI 服务器（尤其是 GPU 集群）产生的高密度热量快速带走的热管理技术。它打破传统风冷的散热瓶颈，让单机柜功率从 <30kW 跃升至 100kW 以上，同时将数据中心 PUE（电能使用效率）压到 1.1 以下，是 AI 基础设施从“空冷”向“液冷”转型的核心使能技术。
2 3 分钟产业解释
AI 大模型训练和推理的爆发式增长使单 GPU 功耗普遍超过 350W，NVIDIA H100 SXM 功耗达 700W（2023 年公开规格），B200 更高，一个 8-GPU 节点的热设计功耗（TDP）轻松突破 6–8kW，标准风冷已经无法在不牺牲性能或大幅扩展机房面积的条件下可靠散热。液冷系统通过两大形态解决这个矛盾：
- 冷板式液冷：在芯片顶部贴装带有微通道的金属冷板，冷却液（如水-乙二醇混合液）在密封回路中流过冷板，通过一次侧/二次侧热交换把热量排到室外。液体不接触电路，兼容性好，是目前部署最广的方案。
- 浸没式液冷：将整台服务器浸泡在绝缘介电液体中，热量直接由液体带走。单相浸没通过流体温升+热交换器散热，双相浸没则利用液体沸腾相变（蒸发-冷凝）带走热量，散热密度更高，但维护和工程复杂性更大。
一套完整的液冷机组包含冷量分配单元（CDU）、循环泵、管路、快接头、漏液检测等。上游涉及冷却液化学、精密冷板加工，中游是系统集成商和服务器 OEM，下游则是云厂商、AI 算力运营方。液冷的商业逻辑很直接：在同样的电力和空间下塞进 2‑3 倍的计算能力，总拥有成本（TCO）显著优于风冷，并且能让芯片节点温度更均匀，延长硬件寿命。
3 技术原理
液冷的热科学本质是强化对流换热，有时引入相变换热来突破单相流体的散热密度极限。
3.1 冷板液冷的传热机制
芯片的热量先通过导热界面材料（TIM）传到冷板基板，再通过冷板内部大量微通道翅片（水力直径约 0.4‑1.0mm）与流动的冷却液进行强制对流换热。热阻公式近似为：
R_total ≈ R_TIM + R_conduction + R_convection 热设计目标就是最小化每一项，R_convection 通常占据大头，其受制于通道几何、流量、冷却液热物性。典型的微通道冷板可以将热阻控制在 0.03‑0.06°C/W 级别，使得芯片结壳温差被控制在二三十度内。
3.2 浸没式冷却的沸腾换热
双相浸没利用池沸腾曲线上的核态沸腾区：当芯片表面温度超过液体沸点并达到过热度阈值时，表面产生气泡，气泡脱离扰动边界层，使换热系数急剧增大。这一过程存在一个安全上限——临界热流密度（CHF），一旦超过 CHF，表面被汽膜覆盖导致温度飞升烧毁芯片。因此设计时通过强化表面（微观多孔涂层）提高 CHF，并让系统运行点保守地低于 CHF 的 60‑70%。 单相浸没则没有相变，移热能力完全靠液体流速和温差，一般在强化布流的条件下可实现数 kW/节点规模，但未来面对超高热流密度或将面临墙限。
3.3 系统架构示意
一次侧(设施端) 二次侧(IT端)
+-----------------------+ +-----------------+
| Cooling Tower / | | CDU |
| Chiller / Dry Cooler |<----->| 板换+泵+控制 |<----+
+-----------------------+ +-----------------+ |
温度约20~30°C 稳定供应32~45°C |
+---------------+
| 机柜：冷板回路|
| GPU0 GPU1... |
+---------------+
3.4 材料与工质热物性
冷板材质以铜（导热系数约 400 W/m·K）为主，部分经济型方案用铝。TIM 多为导热硅脂或相变导热垫，热导率 3‑8 W/m·K，未来可能导入液态金属（热导率 > 20 W/m·K）降低 R_TIM。冷却液方面，水-乙二醇混合液比热容约 3.5‑4.0 kJ/(kg·K)，动力粘度影响泵功；介电液通常为全氟化碳或氢氟醚，比热容仅约 1.0‑1.5 kJ/(kg·K)，需更大流量，但其绝缘性可安全浸没。
4 关键参数
液冷系统的评估和选型依赖以下核心参数（口径为典型设计值，未锁定特定厂商）：
| 参数 | 定义 | 典型范围/目标 |
|---|---|---|
| 单节点散热能力 (W) | 每个服务器节点能稳定带走的热量 | 冷板：500‑1500W（单 GPU）；浸没：1000‑2000W |
| 机柜密度 (kW/rack) | 单个标准机柜的总散热能力 | 冷板：40‑100kW；单相浸没：50‑150kW；双相浸没：80‑200kW+ |
| 供液温度 / 回液温度 (°C) | 冷却液进出 CDU 或冷板的温度窗口 | 温水冷却：供液 32°C / 回液 45°C，便于自然冷却 |
| CDU 换热能力 (kW) | CDU 模块支持的总机架数 | 典型单台 CDU 覆盖 200‑600kW |
| PUE | 数据中心总能耗 / IT 设备能耗 | 液冷目标 <1.10；先进案例可达 1.02‑1.05 |
| WUE (L/kWh) | 水资源消耗与 IT 能耗之比 | 干冷器方案可趋近于 0，蒸发冷却约 1.5‑2.5 |
| 冷却液电导率 (μS/cm) | 反映离子浓度，影响绝缘与腐蚀 | 纯水系统 <2 μS/cm，长期运行需保持 |
| 快接头插拔寿命 (次) | 允许无滴漏插拔次数 | ≥10 万次，高端可达 50 万次 |
| 系统热阻 (°C/W) | 芯片结到一次侧冷却工质的总温差与功率比 | 冷板: 0.04‑0.08°C/W；浸没: 0.08‑0.15°C/W |
| CHF (W/cm²) | 浸没沸腾的极限热流密度 | 裸表面 15‑20 W/cm²，强化表面可达 30‑50 W/cm² |
| 泵功耗占比 | CDU 及其泵组功耗占 IT 功耗比例 | 冷板: 3‑8%；单相浸没: 2‑5%；双相浸没: <2% |
注：以上数值为行业工程设计经验值，具体项目需依据设备规格书。
5 技术路线
不同散热方案各有适用场景，以下对比以 AI 训练/推理典型工况为依据。
| 指标 | 传统风冷 | 冷板液冷 | 单相浸没液冷 | 双相浸没液冷 |
|---|---|---|---|---|
| 单机柜散热能力 | 10‑30kW | 40‑100kW | 50‑150kW | 80‑200kW+ |
| 典型 PUE | 1.3‑1.5 | 1.05‑1.15 | 1.02‑1.10 | 1.02‑1.08 |
| 服务器改造需求 | 无需 | 加装冷板，保留风道 | 定制浸没容器，去除风扇 | 定制密封容器 |
| 冷却液成本与维护 | 无 | 低（防冻液） | 中（介电液较贵） | 高（专用低沸点液） |
| 技术成熟度 | 极成熟 | 成熟，大规模部署中 | 中试到早期量产 | 工程示范居多 |
| 兼容性与可维护性 | 优秀 | 良好（需防泄漏） | 一般（需吊装维护） | 较低（密封+相变控制） |
| 泵功耗占比 | - | 约 3‑8% | 2‑5% | <2%（自循环相变） |
| 主要适用场景 | 中低密度通算 | AI 训练/推理/高密度通算 | 高密度 AI, 超算 | 极高密度/极低 PUE |
路线收敛趋势：2023‑2024 年，NVIDIA 发布高功耗 GPU 参考设计时明确推荐冷板液冷，OEM 厂商大规模出货液冷整机柜，冷板液冷成为当前市场绝对主导。浸没液冷在超大规模 AI 自研集群、加密货币矿场等特定场景获得部署，但规模化进度慢于冷板。公开资料未见有统一技术路线将完全替代另一种的明确定论。
6 上游
液冷产业链上游包括材料、零部件和子系统供应商，其主要类别和代表性企业（截至 2024 年公开信息）如下：
- 冷却液
- 氟化液：3M Novec 系列（2022 年宣布 2025 年底前停产，现有库存及替代品如 Chemours Opteon 系列、国产氟化液逐步填补缺口），Solvay Galden PFPE（高稳定性，成本较高）。
- 水基冷却液：去离子水+缓蚀剂+乙二醇/丙二醇，主要由化学品公司提供定制配方，如 Dow、BASF 等（公开资料未见专门上市品种）。
- 冷板及微通道加工 精密 CNC 加工、真空钎焊、铲齿工艺。高端冷板供应商包括 CoolIT Systems（自研自产）、Boyd Corporation、Aavid（Boyd 旗下）、国内如高澜股份、英维克、曙光数创等，部分拥有自研微通道专利。2023 年产能扩张明显，但大批量良率仍构成壁垒。
- 泵、阀、快接头 无泄漏微型泵（多级离心泵）、冗余泵站。快接头是技术壁垒最高环节之一，要求数十万次插拔零滴漏。领先供应商：Stäubli（瑞士）、Parker Hannifin、Eaton；国内有航天科工背景企业等，具体份额数据公开资料未见。
- CDU 与热交换器 CDU 集成板式换热器、变频泵、定压补液、过滤及控制系统。主要方案商包括 CoolIT、Asetek、曙光数创、Vertiv、英维克等。板式换热器供应商：Alfa Laval、Danfoss、GEA 等。2023 年起 CDU 向更高功率密度和一体化交付发展。
- 传感器与漏液检测 漏液探测带、电导率/温度/压力变送器，主要由霍尼韦尔、西门子等工业自动化厂商提供，非液冷专有，但需定制耐温耐湿型号。
7 下游
需求侧分为三大类客户（2023‑2024 年格局）：
-
超大规模云服务商（Hyperscalers） AWS、Azure、谷歌、Meta、阿里、腾讯、字节跳动等。他们自建智算中心，采购液冷整机柜或参考设计，部分自研液冷方案（如微软 2023 年试验浸没液冷，Meta 混合风冷与冷板）。这类客户对 TCO、PUE 和水耗极其敏感，采购决策高度集中，定制化程度高。
-
AI 算力服务商 / 中立数据中心 CoreWeave、Lambda 等 GPU 云，以及 Equinix、Digital Realty 等零售托管数据中心。他们为 AI 初创企业提供液冷环境，通常采购标准化液冷机柜，要求快速部署和灵活扩展。2024 年此类需求激增，带动液冷机柜租赁价格上涨。
-
国家级超算中心与科研机构 追求极致性能，乐于采用浸没液冷。例如日本理化学研究所的富岳采用冷板液冷（已不是最新），欧洲 LUMI 等。这些项目体量相对有限，但技术示范效应强。
下游趋势：随着“东数西算”对新建数据中心 PUE 要求 ≤1.25（2023 年国家发改委文件），国内智算中心几乎必须采用液冷，推动渗透率从 2022 年的不足 10% 上升至 2024 年约 20‑25%（行业估算）。
8 受益公司
液冷产业链各环节的受益逻辑和代表企业（仅作产业梳理，不构成任何投资评级）：
| 环节 | 代表企业 | 受益逻辑 |
|---|---|---|
| 冷板与 CDU 系统 | CoolIT Systems | 全球最大独立液冷方案商，与博通/Arista 有资本纽带，2023 年订单翻倍 |
| Asetek | 冷板与 CDU 专利先行者，占据 HPC 领域大量市场份额 | |
| 曙光数创 (Sugon) | 国内冷板与浸没双线布局，承接国家级项目和互联网大厂订单 | |
| Boyd Corporation / Aavid | 热管理全品类，冷板与换热器覆盖广 | |
| 服务器 OEM 液冷整机 | Supermicro | 2023 年液冷服务器出货量全球领先，提供整机柜液冷解决方案 |
| 浪潮信息 | 国内 AI 服务器龙头，液冷整机柜已在多家互联网公司部署 | |
| 联想 | 温水冷板方案 Neptune，部署于全球多座超算中心 | |
| 冷却液（氟化液） | Chemours | Opteon 系列承接 3M 退出后市场缺口，2024 年扩产规划 |
| Solvay | Galden PFPE 高可靠性，占据高端市场 | |
| 国产替代厂商（如巨化、华氟等） | 国产氟化液产能爬坡，受益于供应链安全诉求 | |
| 冷却分配与基础设施 | Vertiv | CDU 与冷水机组集成，可与液冷机柜捆绑销售 |
| Danfoss | 板换、泵等核心部件，受益于液冷规模扩建 | |
| 快接头 | Stäubli | 技术壁垒极高，几乎主导高端市场，份额数据公开资料未见 |
资本运作动向（2022‑2024 年）：私募股权和产业资本密集布局液冷赛道。CoolIT Systems 于 2022 年获 Koch Industries 旗下投资，2023 年又与 Broadcom/Arista 相关资本深化合作；Asetek 分拆数据中心业务独立运营；多家中国液冷初创企业完成 B/C 轮融资。冷却液领域，3M 退出引发重组，部分产能被私募收购。
9 市场规模
9.1 全球市场规模
公开资料显示，多家第三方研究机构对全球数据中心液冷市场做出了估计（因统计口径含冷板、浸没及相关系统，数字略有差异）：
- 据 Mordor Intelligence 2024 年报告估算，2023 年全球数据中心液冷市场规模约 23 亿美元，预计到 2028 年达到约 70 亿美元，复合年增长率（CAGR）约 25%。
- 451 Research 则预测 2022‑2026 年液冷直接液体冷却（DLC）和浸没冷却合计规模将以超过 30% 的年增速增长，2026 年渗透率将达到数据中心冷却市场的 20% 以上。
- 公开资料未见 IDC、Omdia 的 2023 年全球液冷专项市场营收精确数字，但其追踪报告均确认高速增长态势。
9.2 中国市场规模
中国液冷服务器市场增长迅猛。据 IDC《中国半年度液冷服务器市场追踪报告》数据（2023 年 H1/H2），2023 年中国液冷服务器出货量超过 15 万台（口径：包含冷板与浸没整机柜），同比增长超过 100%；至 2027 年预计年出货量将突破 50 万台。按价值计，2023 年中国液冷服务器市场销售额约 15 亿美元（IDC 口径），液冷相关基础设施（CDU、冷板、冷却液等）市场估计约为 6‑8 亿美元。
9.3 驱动因素
- AI 大模型参数规模指数级增长，单训练任务所需 GPU 数量从千卡向万卡、十万卡演进，机柜功率密度持续攀升。NVIDIA 2024 年发布的 GB200 NVL72 机柜级系统热设计功耗高达约 120kW，几乎必须全液冷冷却。
- 监管政策：中国“东数西算”要求枢纽节点 PUE ≤1.25，部分省市更严至 ≤1.2；欧盟能效指令亦推动欧洲数据中心接受液冷。
- TCO 优势：液冷虽初始投资较高，但在高密度场景下可节省空间、电力和水资源，3‑5 年总所有成本低于风冷，推动企业主动切换。
10 玩家对比
聚焦系统集成与整机方案层面的主要竞争者，从技术路线、关键能力、出货规模、客户基础等维度进行定性比较（数据来自公开披露与行业研究报告）：
| 企业 | 技术路线侧重 | 核心壁垒 | 出货规模（2023 年估算） | 重点客户/案例 |
|---|---|---|---|---|
| CoolIT Systems | 冷板液冷（直接芯片级），CDU | 微通道冷板设计、高可靠快接头、与服务器 OEM 深度耦合 | 全球冷板市场份额第一（据 451 Research 2023），年出货量超 5 万套液冷节点 | Dell、HPE、Supermicro、Meta 等 |
| Asetek | 冷板液冷 CDU + 冷板 | 碟片式 CDU 专利、低噪声泵、数据中心级控制软件 | HPC 领域市场份额高于 40%（自述），总体出货较 CoolIT 小，定位高端 | 欧洲 HPC 中心、部分云厂商 |
| 曙光数创 (Sugon) | 冷板 + 单相浸没双线 | 全栈自研（液冷机柜、CDU、冷却液调配），国内最大液冷部署案例 | 2023 年交付超 100MW 液冷数据中心（公开报道） | 国内头部互联网企业、国家级超算 |
| Supermicro | 冷板整机柜 (Liquid Cooling Solutions) | 服务器制造规模优势，预装集成液冷，一站式交付 | 2023 年液冷服务器出货超 10 万台（推测），居全球服务器 OEM 前列 | 全球云客户、AI 工厂 |
| 浪潮信息 | 冷板整机柜 | 国内政企和互联网厂商客户关系深厚，一体化交付 | 2023 年中国液冷服务器出货量第一（IDC 数据） | 阿里、腾讯、字节跳动、运营商 |
| Vertiv | CDU + 一次侧基础设施 | 强项在冷水机组、精密空调与 CDU 的集成，提供“从电网到芯片”全套热管理 | 未单独拆分液冷业务，预计总冷却收入数十亿美元 | 全球数据中心统包市场 |
差异化要点：独立液冷方案商（CoolIT、Asetek）通过专利和设计服务与 OEM 深度绑定，技术迭代快；OEM 自有液冷方案（Supermicro、浪潮）则在整机交付上成本更低、服务闭环。浸没式方面，除曙光外，还有 Green Revolution Cooling（GRC）、LiquidStack 等专注浸没的厂商，但总体体量较小，尚在早期。
11 风险
11.1 技术路线替代风险
目前冷板液冷占据绝对主流，但单相/双相浸没液冷在极限散热密度和 PUE 上更优。若未来芯片功耗密度上升速度远超预期，冷板可能无法满足，浸没方案形成替代，导致现有冷板/CDU 厂商部分资产沉没。但 2024 年公开技术路线图尚不支持短期内替代。
11.2 冷却液环保与法规风险
全球对 PFAS（全氟和多氟烷基物质）的监管日趋严格。3M 退出 Novec 即为前兆。常用的介电液多属于 PFAS 或氢氟醚，未来可能面临使用限制或高昂的处置费用。行业正转向低 GWP、非 PFAS 的合成冷却液，但成本和技术成熟度未知，可能推高系统全生命周期成本。
11.3 供应链与产能瓶颈
高精度微通道冷板良率、快接头精密加工、高端介电液产能曾是扩产受限环节。2023‑2024 年虽加速扩产，但若 AI 服务器需求超预期爆发，关键组件可能再次短缺，导致交付周期延长，影响下游部署节奏。
11.4 客户集中与议价风险
液冷系统供应商高度依赖少数超大规模云商和大厂，前 5 大客户可能贡献过半收入。一旦自研方案成熟或被竞争对手替代，订单可能骤降。同时，标准化（OCP 接口）推进会降低定制溢价，压缩利润率。
11.5 运维能力与人才短缺
液冷数据中心运维需要新技能（冷却液化学分析、漏液应急处置、管路焊接等），行业合格技术人员稀缺，可能导致已建成项目的可靠性下降、运维成本上升，延缓全行业采纳速度。
12 误读纠偏
误读一：液冷就是水冷，冷凝水泄漏会烧毁服务器 纠偏：服务器液冷体系严格区分“水基液体”和“介电液体”。冷板液冷中冷却液仅流过封闭金属冷板，不接触电路；同时使用高电阻去离子水或防冻液，即使微量溢出也因绝缘而风险可控，快接头、漏液探测带提供多重防护。而浸没液冷使用的液体天生绝缘，板卡可直接浸泡，无短路风险。设计良好的系统泄漏事故率远低于大众想象。
误读二：液冷只能在新建数据中心部署，现有机房无法使用 纠偏：冷板液冷具备良好的后装能力。可在现有机柜内安装冷板、CDU 挂载在机架侧面，并从 CDU 引出管路连接一次侧冷水。许多超大规模数据中心已经完成了从风冷机柜到液冷机的“原地改造”，只需加装少量液冷管路，无需完全重建。
误读三：浸没液冷完全不需要泵，非常省电 纠偏：双相浸没确实可以利用汽泡浮力与冷凝回流实现被动循环，但单相浸没仍需泵驱动液体流动；即便如此，泵的功耗往往远低于风扇功耗。纯无泵的双相系统对密封和热源功率控制极为严格，尚处于早期规模化验证阶段，并非随意部署就能实现“零泵耗”。
误读四：液冷一定会大幅增加数据中心耗水量（WUE） 纠偏：液冷系统采用干冷器或闭路冷却塔时蒸发消耗极低，WUE 可趋近于零。只有在一次侧使用开式冷却塔且气候干燥时才显著耗水。与高功率风冷所需的机房空调和新风蒸发冷却相比，液冷的整体水耗往往更低。
误读五：液冷会让芯片太凉而影响性能 纠偏：现代高性能芯片（GPU/CPU）没有“过冷”问题，温度越低，漏电流越小、能效越高，只要高于露点避免结露即可。液冷通常将芯片温度控制在 50‑70°C，比风冷低 10‑20°C，有利于提升稳定性和超频空间。
13 最新事件
2024 年 NVIDIA GTC 大会发布 GB200 NVL72 NVIDIA 推出 72 块 GPU 互联的液冷机柜系统，总功耗 ~120kW，完全依靠冷板液冷散热，标志着液冷成为顶级 AI 算力平台的标准配置。该参考设计被众多服务器 OEM 采纳，2024 年底开始小批量交付。
微软、Meta 持续投入浸没液冷试验 微软 2023 年与 Wiwynn 合作部署两相浸没液冷试点，Meta 公布其冷板+风冷混合散热战略，但未排除未来浸没可能。公开报道显示，2024 年各云厂商仍在技术验证阶段，尚未大规模切换浸没。
中国“东数西算”全面落地 2023 年国家枢纽节点新建数据中心 PUE 要求严格，推动 2024 年多个 100MW 级液冷智算中心开工，曙光、浪潮、英维克等国内厂商中标订单激增。部分省级政府发布液冷推广政策，明确液冷部署比例目标。
3M Novec 停产引发冷却液供应链重构 自 2022 年 3M 宣布退出 PFAS 生产后，2024 年 Chemours、Solvay 和国产替代产能加速释放，部分国产氟化液通过服务器 OEM 认证，价格较 Novec 低约 20‑30%（行业估算），但长期稳定性数据仍在积累。
OCP 冷板液冷接口规范更新 2023‑2024 年 OCP Advanced Cooling Solutions 小组推进液冷快接口标准化，发布了几版草案，旨在实现不同厂商冷板与 CDU 的互操作，降低供应链锁定效应，该进程可能影响未来竞争格局。
14 跟踪指标
产业研究和跟踪液冷概念，建议定期关注以下公开数据和事件：
- AI GPU 出货量与 TDP：NVIDIA、AMD 季度财报中数据中心 GPU 营收和出货指引，以及新款 GPU 的热设计功耗（TDP）趋势。TDP 每大幅提升，液冷需求必增。
- 液冷服务器出货量与渗透率：IDC 每半年发布的《中国液冷服务器市场追踪报告》、Omdia 的全球数据中心冷却预测，提供定量渗透率。
- 超云厂商资本开支与机柜密度：Amazon、微软、谷歌、Meta、国内 BAT 的 CapEx 指引，以及新建数据中心规格（单机柜功率目标）。
- 关键冷却液价格与产能：关注 Chemours、Solvay 的财报及产能公告，国内氟化工龙头企业扩产信息。
- 液冷公司订单与营收：CoolIT、Asetek（上市代码 ASTK）、曙光数创（872808）等季度财报，订单积压量、大客户占比。
- 技术标准更新：OCP Advanced Cooling Solutions 和白皮书，ASHRAE TC9.9 指南更新。
- 政策变化：国家发改委对数据中心 PUE 要求的文件更新，欧盟 PFAS 限制立法进展。
- 产业并购与融资：液冷初创企业的融资轮次、产业资本对集成商的收购，反映行业热度与整合趋势。
15 信源
本页内容综合以下公开、权威信息源（截至 2024 年 Q3 可见文献），建议读者查询最新版本：
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行业标准与指南 ASHRAE TC9.9：《Liquid Cooling Guidelines for Datacom Equipment》（最新版） OCP Advanced Cooling Solutions 技术规范与白皮书（opencompute.org）
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市场研究机构报告 IDC：《Worldwide Quarterly Datacenter Cooling Tracker》《中国半年度液冷服务器市场追踪报告》 451 Research / S&P Global：数据中心冷却与液冷市场分析 Omdia：数据中心热管理预测 Mordor Intelligence：Global Data Center Liquid Cooling Market Report, 2024
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公司公开披露 CoolIT Systems 官网及新闻发布（coolitsystems.com） Asetek 投资者关系与数据简报（astek.com） 曙光数创年度报告与公众号 NVIDIA 液冷解决方案白皮书与 GTC 资料 Supermicro、浪潮信息等财报及液冷产品介绍
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政策文件 国家发改委等部门关于“东数西算”工程节能要求的通知 欧盟 REACH 和 PFAS 限制提案
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