液冷技术有哪些类型？

根据冷却液与发热 源的接触方式，液冷技术可以分为非接触式液冷和接触式液冷两大类。

1、 冷板式液冷

1.1、 单相冷板式液冷

冷板式液冷属于非接触式液冷，是通过液冷板（通常为铜铝等导热金属构成的 封闭腔体）将发热器件的热量间接传递给封闭在循环管路中的冷却液体，通过冷却 液体将热量带走的一种散热形式。液体不与发热源直接接触，冷却液多采用去离子 水。 根据液冷板覆盖范围的不同可分为：（1）风液复合半液冷：仅处理器或处理器 和内存采用冷板液冷散热，其他部件采用风冷散热；（2）风液复合全液冷：处理器 和内存采用冷板液冷散热，其他部件采用风冷散热，热量由液冷门带走；（3）全冷 板液冷：处理器、内存、硬盘、标卡、PSU 以及节点内所有其他部件都采用冷板液 冷散热。目前冷板式液冷方案以风液复合半液冷和风液复合全液冷为主。

冷板式液冷系统主要由冷却塔、CDU、一次侧和二次侧液冷管路、冷却介质、 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（QDC）、 分液器（RCM）等。

单相冷板式液冷作为非接触式液冷的一种，行业内具有 10 年以上的研究积累， 在主流液冷方案中技术成熟度最高，对现有服务器芯片组件及附属部件改动量较小，过渡平缓，是解决大功耗设备部署、提升能效、降低制冷运行费用、降低 TCO 的 有效应用方案，具有以下技术特性和优势： （1）产品架构兼容性：可兼容现有硬件架构； （2）机房适应性：灵活适用于旧机房改造和新建机房； （3）可靠性：液体与设备不直接接触，可靠性更高； （4）维护性：易开展维护性设计，可实现在线维护方案； （5）节能：数据中心的 PUE 值可降至 1.2 以下； （6）噪声：风机转速大幅降低，噪声值可至 70dB 左右。

1.2、 相变冷板式液冷

相变冷板式液冷散热冷能力更强，目前尚不成熟。以氟化物作为工艺冷媒能有 效提升冷板液冷系统可靠性，由于部分氟化物沸点较低，在冷板内吸收热量后蒸发 汽化，大大提升冷板的散热能力，该技术可称为相变冷板式液冷。NVIDIA 和国内厂 商有使用制冷剂泵驱动的动力热管解决方案，这种方案可使散热器与机柜的相对位 置更加灵活，可支持多机柜的多联系统。但目前均处在预研阶段，商业化程度还相 对较低。此外，还有重力热管方案等相变冷板冷却技术。

2、 浸没式液冷

浸没式液冷属于接触式液冷，是以冷却液作为传热介质，将发热器件完全浸没 在冷却液中，发热器件与冷却液直接接触并进行热交换的制冷形式。浸没式液冷系 统室外侧包含冷却塔、一次侧管网、一次侧冷却液；室内侧包含 CDU、浸没腔体（Tank）、 IT 设备、二次侧管网和二次侧冷却液。其中，Tank 又由密闭箱体、液体分配单元、 温度传感器、液位传感器等组成，作为电子元件与液体进行热交换的场所，为电子 元器件提供安全可靠的冷却环境，是单相浸没式液冷系统的核心部件；室外冷却设 备可选择干冷器、开式冷却塔或闭式冷却塔等。使用过程中 IT 设备完全浸没在二次 侧冷却液中，因此二次侧循环冷却液需要采用不导电液体，如矿物油、硅油、氟化 液等。 浸没式液冷可完全去除散热风扇（噪音更低），换热能力强，节能效果好，数据 中心 PUE 值可降至 1.1 及以下，但一般需要改为箱式部署，部署密度一般低于冷 板式液冷，机房配套和服务器改造难度和成本也较大。

按照热交换过程中冷却液是否存在相态变化，可分为单相浸没液冷和两相浸没 液冷两类。

2.1、 单相浸没液冷

作为传热介质的二次侧冷却液在热量传递过程中仅发生温度变化，而不存在相 态转变，过程中完全依靠物质的显热变化传递热量。

在单相浸没液冷系统中，CDU 循环泵驱动二次侧低温冷却液由浸没腔体底部进 入，流经竖插在浸没腔体中的 IT 设备时带走发热器件热量；吸收热量升温后的二次 侧冷却液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；吸热升温后的一次侧冷却液通过外部冷却装置（如冷却塔） 将热量排放到大气环境中，完成整个制冷过程。 单相浸没式液冷相较冷板液冷，噪音更低，换热能力更强，由于不存在相变， 运维难度相对较低，应用案例较多。

2.2、 相变浸没液冷

作为传热介质的二次侧冷却液在热量传递过程中发生相态转变，依靠物质的潜 热变化传递热量。

相变浸没液冷系统传热路径与单相浸没液冷基本一致。主要差异在于二次侧冷 却液仅在浸没腔体内部循环，浸没腔体内顶部为气态区、底部为液态区：IT 设备完 全浸没在低沸点的液态冷却液中，液态冷却液吸收设备热量后发生沸腾，汽化产生 的高温气态冷却液因密度较小，会逐渐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，随后在重力作用下回流至腔体底部，实现对 IT 设备的散热。 相变浸没冷却系统中冷却介质与发热器件直接接触，减少了热阻；与非相变浸 没散热方式相比，相变换热效率高，潜热（相变）为显热（非相变）的数百倍。通 过表面处理技术强化沸腾传热，可大大提高传热效率，相变浸没式液冷技术可使 CPU 核温低于 65℃。可满足高发热原件对散热的极端需求，允许芯片超频运行，性能约 可提升 10-30%，相当于单位算力的拥有成本可降低 10-25%。

3、 喷淋式液冷

喷淋式液冷属于接触式液冷，是面向芯片级器件精准喷淋，通过重力或系统压 力直接将冷却液喷洒至发热器件或与之连接的导热元件上的液冷形式。喷淋式液冷 系统主要由冷却塔、CDU、一次侧和二次侧液冷管路、冷却介质和喷淋式液冷机柜 组成；其中喷淋式液冷机柜通常包含管路系统、布液系统、喷淋模块、回液系统等。

在喷淋式液冷系统中，冷量分配单元内冷却后的冷却液被泵通过管路输送至喷 淋机柜内部；冷却液进入机柜后直接通过分液器进入与服务器相对应的布液装置， 或将冷却液输送至进液箱以提供固定大小的重力势能以驱动冷却液通过布液装置进 行喷淋；冷却液通过 IT 设备中的发热器件或与之相连的导热材料进行喷淋制冷；被 加热后的冷却液将通过回液箱进行收集，并通过泵输送至冷量分配单元进行下一个 制冷循环。 喷淋式液冷也可完全去除散热风扇，换热能力强，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。喷淋式液冷需要对机柜和服务器机箱进行改 造，运维难度较大，目前应用案例较少，生态单一。