2026年慧博研报炼金之研报头条精华：AI时代的热管理革命，从液冷系统看冷却液的发展趋势

策略——AI 时代的热管理革命：从液冷系统看冷却液的发展 趋势

（一）液冷技术兴起的背景：算力跃迁下的热管理危机

1.算力需求爆发式增长，芯片功耗持续攀升

过去十年间，信息技术经历了翻天覆地的变化。云计算、大数据、人工智能、区块链、元宇宙等新兴应 用层出不穷，推动全球数据量呈爆炸式增长。

2024 年全球数据中心市场在生成式 AI 爆发、云计算加速渗透以及数字化战略落地的多重驱动下，迎来 新一轮跃升，市场规模首次突破千亿美元大关达 1086.2 亿美元，同比增长 14.9%。

然而，随着摩尔定律逐渐放缓，芯片制造商转而通过提升晶体管密度、增加核心数量和提高频率来增强 算力，导致芯片功耗显著上升。

液冷能够精准控制芯片温度，避免因过热导致的性能降频，确保 AI 训练任务稳定高效执行。

2.能效压力加剧，绿色低碳成刚性要求

除了散热瓶颈外，能源效率问题也成为制约数据中心发展的关键因素。 面对日益严峻的碳排放压力，各国政府纷纷出台政策推动数据中心节能减排。

液冷技术凭借卓越的热传导性能，可大幅降低制冷能耗。 在实践案例层面，某超大型互联网数据中心采用“冷板式液冷+浸没式液冷”混合架构。

3.空间利用效率提升，边缘计算催生新需求

随着 5G、物联网和自动驾驶等技术的发展，数据处理正从集中式云中心向边缘侧迁移，“边缘计算”成为 新的增长极。然而，边缘站点往往位于城市楼宇、基站机房或工业现场，空间极为有限，无法容纳传统 风冷所需的庞大通风结构和冗余散热通道。 液冷技术因其高热通量承载能力和紧凑型设计，特别适合高密度部署场景。 综上所述，液冷技术的兴起并非偶然，而是算力跃迁、能效约束与空间优化三大趋势共同作用的结果。 它不仅是应对当前热管理挑战的技术选择，更是构建未来可持续数字基础设施的战略支点。

（二）液冷系统的分类及技术特点

根据对服务器的散热方式的不同，液冷技术按可分为冷板式、浸没式和喷淋式三种类型，而冷板式与浸 没式两大技术路线的竞争与互补，正主导着行业发展方向。目前冷板式以 80%的市场占比坐稳商业化落 地的主流位置，浸没式则凭借极致的散热潜力，被公认为未来高密算力场景的核心方向。

1.冷板式液冷（Cold Plate Liquid Cooling）

（1）系统组成与工作原理

典型的冷板式液冷系统由以下几个关键部分构成：冷板、冷却液循环管路、冷却分配单元、外部换热器、 泵送系统与控制系统。

（2）冷板式液冷的优势

高散热效率，支持高功率密度；兼容性强，易于改造升级；运行安静，改善运维环境；能效优异，降低 PUE；安全性高，维护便捷。

（3）冷板式液冷的劣势

散热覆盖有限；安装精度要求高；初期投入较高；冷却液管理复杂；空间布局受限。

（4）冷板式液冷系统的革新：两相式冷板及微通道冷板

随着英伟达 Rubin 平台及更高功率 ASIC 集群逐步应用在算力中心场景中，传统单相冷板的散热上限被 突破，但为了适配高功率平台的散热需求，业界也在单相式液冷系统基础上升级成两相式及微通道等形 式的革新版本。

2.浸没式液冷（Immersion Cooling）

传统风冷与冷板式液冷逐渐逼近散热极限，亟需更高效的热管理方案。

（1）系统组成与工作原理

（2）浸没式液冷的优势

极致散热能力，支持超高功率密度；温度分布均匀，消除局部热点；PUE 极低，节能效果显著；静音运 行，改善运维环境；空间利用率高，支持高密度部署；余热回收潜力大。

（3）浸没式液冷的劣势

初期投资成本高昂；冷却液成本高且存在环保争议；维护与运维难度较大；标准化程度低，生态尚未成 熟；适用场景有限，难以全面替代风冷。

3.喷淋式液冷（Spray Cooling）

喷淋式液冷是一项具有前瞻性的热管理技术，通过精准控制冷却液喷洒过程，实现对高热流密度芯片的 定向降温，凭借其高散热密度、低液耗和良好可维护性，在特定高热流场景中展现出独特优势，但目前 应用场景较少，主要在航天电子、军工雷达、高功率激光器等对散热密度和可靠性要求极高的特种领域 试用。

（1）系统组成与工作原理

喷淋式液冷是一种局部直接接触式冷却技术，其核心是在发热元件（如 CPU、GPU 或功率模块）表面 安装微型喷嘴阵列，将绝缘冷却液以雾化或细流形式直接喷射至芯片表面，利用液体蒸发吸热或显热交 换带走热量。根据工作模式不同，喷淋式液冷可分为单相喷淋（液体不汽化）和两相喷淋（液体部分蒸 发），其中两相喷淋因利用“汽化潜热”，散热效率更高。

（2）喷淋式液冷的优势

散热效率高、温度均匀性好、节能降耗、空间利用率高、噪音低、兼容性强。

（3）喷淋式液冷的劣势 系统复杂度高、初始投资成本高、泄漏风险与可靠性问题、冷却液管理困难、标准化程度低。

（三）冷却液的性能需适配相应的液冷系统

液冷系统本质上是一个封闭循环的热管理系统，其运行依赖于冷却液作为传热介质。冷却液的选择直接 影响整个液冷系统的安全性、寿命与运维成本，是液冷产业链中价值密度最高的环节之一。

1.水基冷却液：适配冷板式液冷系统

（1）冷板式液冷系统对冷却液的性能要求

由于冷板式液冷属于单相传热系统（液体不发生相变），主要依赖显热传递（即温度升高吸热），因此 对冷却液的以下性能提出明确要求：高比热容；高导热系数；低粘度；良好的防腐蚀性和抗氧化性；电 绝缘性要求较低；成本可控。

（2）冷板式液冷系统以水基冷却液为主导

冷板式液冷系统以水基溶液为主导，其中去离子水+缓蚀剂/防冻剂的复合配方凭借高性价比、良好散热 能力和成熟工艺占据绝对优势。 为解决去离子水的低温冻结与腐蚀问题，工业界广泛采用水+乙二醇或丙二醇的混合溶液。

2.油基冷却液：适配单相浸没式冷却系统

（1）单相浸没式液冷对冷却液的核心性能要求

在单相浸没式液冷系统中，由于冷却液直接接触所有电子元件，必须满足一系列严格的技术指标，才能 确保系统长期安全可靠运行。 单相浸没式液冷系统对冷却液的主要性能要求：电绝缘性、不可燃性与低挥发性、材料兼容性、化学稳 定性与抗氧化性、良好的热物性、环保性与可持续性、成本与可获得性。

（2）油基冷却液的种类和特点

油基冷却液泛指以有机碳氢化合物为基础成分的非水性、非氟化类冷却介质，广泛应用于单相浸没式液 冷系统。 矿物油是从石油中提炼出的碳氢化合物，由于成本低廉，早期广泛应用于变压器油和工业润滑领域。 硅油是以硅氧烷为主链结构的合成油，常见的有聚二甲基硅氧烷，化学稳定性优异，广泛用于电子、医 疗和航空航天领域。 合成碳氢油是目前主流浸没式液冷系统中最受青睐的一类油基冷却液，也常被称为特种烃类油。 与水基冷却液的开放生态不同，以合成碳氢油为主的油基冷却液市场呈现出高度专业化、技术壁垒高、 外资品牌主导、产业链分工明确的竞争格局。

中国虽是全球最大的有机硅生产国，合盛硅业、东岳集团、新安股份等产能领先，但其产品主要聚焦建 筑、光伏、医疗等领域，尚未有国内企业推出适用于数据中心冷却的硅油专用型号，但也在积极探索硅 油在数据中心液冷系统的应用。

3.氟化液：最理想的数据中心冷却液介质

氟化液是一类以氟碳化合物（C-F 键为主）为基础的人工合成液体，通常由碳、氟、氧等元素构成，不 含氢或含少量氢（如氢氟烯烃 HFO）。

（1）双相式式液冷系统对冷却液的性能要求

从性能的角度看，氟化液是最理想的数据中心冷却液介质，但由于成本的考量目前更适配两相冷板、浸 没式与微通道导入等对散热要求较高的高功率应用场景，特别是在双相液冷式这种对于冷却介质的相变 性能及综合物化指标要求较高的液冷系统中。

理想的双相冷却液必须具备以下关键性能：适中的沸点、高汽化潜热、良好的润湿性与成核能力、优异 的电绝缘性与材料兼容性、不可燃或极难燃、低全球变暖潜能值。

（2）氟化液的种类和特点

氟化液并非单一物质，而是一个根据分子结构区分的家族，不同类型的氟化液在性能、成本和应用场景 上存在显著差异。

1）氢氟醚（HFE）

氢氟醚是氢、氟、碳和氧的化合物，可被视为氢氟烃分子中的部分氢原子被烷氧基取代的产物。

氢氟醚是当前浸没式液冷系统中应用最广泛的氟化液类型之一。

2）全氟聚醚(PFPE)

全氟聚醚是由碳、氧、氟原子构成主链的线性聚合物，其分子中仅含 C、O、F 三种原子，是氟化液中 化学惰性和热稳定性最好的品类。 全氟聚醚是高端浸没式液冷系统尤其是单相系统的首选材料之一。

3）全氟烯烃（PFOA）及氢氟烯烃（HFO）

全氟烯烃及氢氟烯烃是一类分子结构中含有一个或多个碳-碳双键（C=C）的氟化液。目前全氟烯烃与氢 氟烯烃被视为下一代浸没式冷却液的主流发展方向，尤其适用于对环保要求严苛的地区和项目，以及需 要利用其相变潜热的高效双相浸没式冷却系统。

4）全氟胺(PFAmine)

全氟胺是全氟化的叔胺类化合物，例如全氟三乙胺、全氟三丙胺等，其分子中心为氮原子，连接三个全 氟烷基。这类物质具有极低的表面张力和极佳的流动性。全氟胺的优点为优异的流动性和渗透性；优良 的碱性特质可作酸捕捉剂，稳定冷却液体系。其缺点为热稳定性相对较差及制备成本较高。

5）氢氟烃(HFC)

氢氟烃是氢、氟、碳的化合物且不含氯，因此臭氧消耗潜能（ODP）为 0，曾是替代消耗臭氧的氯氟烃 （CFC）的主力产品。目前，其在数据中心冷却领域已基本被更环保的氢氟醚、氢氟烯烃和全氟聚醚所 取代。

（3）氟化液的竞争格局：国际巨头退场与国产替代浪潮

在全球数据中心液冷化浪潮中，氟化液作为浸没式液冷的核心介质，正从一个小众的精细化学品赛道， 演变为关乎算力基础设施安全与效率的战略性材料。 氟化液行业的竞争格局在过去几十年间呈现出典型的高技术壁垒寡头垄断特征。 然而，这一看似稳固的格局在近年来被彻底打破。3M 公司宣布已明确将于 2025 年底前停止生产包括 氟化液在内的全氟烷基和多氟烷基物质，并自 2025 年年中开始清理库存，其位于比利时的主要工厂也 已因环保原因关闭。

此消彼长之间，中国氟化液企业迎来了前所未有的战略机遇。 当前，国内氟化液市场的竞争已形成多层次、多维度的激烈态势，竞争焦点主要集中于核心技术路线的 突破及产能扩张速度。 面对确定性的市场需求，国内主流厂商已展开一场产能建设竞赛，投资规模从数亿到数十亿元不等，目 标是将产能从当前的百吨、千吨级提升至未来的万吨级。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）