数据中心功耗密度持续攀升，特别是用于人工智能和高性能计算的服务器，其单个芯片的热流密度已逼近甚至超越风冷散热的能力边界。在此背景下，冷板式液冷作为一种解决方案，正从特定领域走向更广泛的产业应用。

与服务器“浸没”在冷却液中的浸没式液冷不同，冷板式方案将液体循环的路径准确地引导至发热核心部件，实现更为准确和可控的热量移除。

1、技术背景：从“房间降温”到“芯片直连”

传统数据中心主要依赖空气作为冷却介质。这种方式需要先将空气降温，再吹向设备，通过强制对流带走热量。但面对数百瓦乃至上千瓦功耗的CPU、GPU，空气的比热容低、导热性一般的物理特性成为瓶颈。

空气冷却如同为整个房间开启空调以降低人体体温，而冷板式液冷则类似于为高烧患者佩戴冰帽，进行局部降温。

其核心思路是将液态冷却介质通过密闭管路，直接输送至发热芯片的表面。液体（通常是水或特定介电流体）具有远高于空气的比热容和导热系数，能够在单位时间内、单位面积上带走更多的热量，满足高热流密度芯片的散热需求。

2、工作原理：间接接触与热交换

冷板式液冷之所以称为“冷板”，关键在于其核心传热部件——液冷冷板。它的工作方式可以分解为几个清晰的步骤：

首先，在服务器的内部，发热量大的关键部件（如CPU、GPU）的金属顶盖上，会安装一块内部蚀刻有复杂微通道的金属板，这就是冷板。冷板底部与芯片表面通过导热材料（如导热硅脂、导热垫片）紧密贴合，确保热接触良好。

然后，循环冷却液从外部管路泵入冷板内部的微通道网络。当冷却液流经这些通道时，与仅有一板之隔的高温芯片进行热交换，液体的温度随之上升，从而将芯片产生的热量持续带走。

最后，被加热的冷却液流出服务器，进入机房级别的循环系统，将热量传递给室外的冷却塔或干冷器，降温后再被泵回服务器冷板，形成一个闭合的、持续的散热循环。

整个过程，液体与电子器件本身不直接接触，而是在密封的金属管路内流动，避免了兼容性和绝缘性风险。

3、系统架构：从机架到数据中心的三层循环

一套完整的冷板式液冷系统并非只是服务器的内部改造，它是一个涉及三个层级循环的系统工程。

第一层：服务器内部循环

这是蕞贴近热源的环节。在部分设计中，服务器内部会有一个小型的、准确的泵和微型管路，负责将CDU分配过来的冷却液，按需输送给CPU、GPU等不同位置的冷板，形成一个服务器内部的二次分配回路。

第二层：机架级分配循环

这是系统的关键枢纽，其核心设备是冷却液分配单元。一台CDU通常服务于一个或几个机柜。CDU的主要功能包括：为机柜内的服务器提供压力和流量稳定的冷却液；过滤液体中的杂质；监测液体的温度、压力和泄漏情况；并通过板式换热器，将服务器循环回路的热量传递给下级的机房循环回路。

CDU实现了两个重要隔离：一是将服务器内的循环与大楼级的粗犷循环隔离开，提升了可靠性；二是当使用水等导电液体作为机房级介质时，CDU可通过换热器确保去离子水在服务器内循环，保障了电气安全。

第三层：机房级外循环

这是将热量蕞终排出数据中心的环节。被CDU换热器加热的冷却水（通常是水），通过水泵和管道输送至机房外的散热设施，如冷却塔、干冷器或与楼宇空调系统结合，完成蕞终的热量耗散。

4、设计考量：关键部件与工程权衡

实施冷板式液冷需要进行多方面的细致设计和权衡。

冷板本身的设计是核心，其内部微通道的流道形状、分布、压降与散热能力需要根据芯片的热图进行仿真优化，力求在流动阻力、制造成本和散热效果间取得平衡。

冷却工质的选择也影响很大。去离子水因其高比热容、低成本和易获取成为主流选择，但须严格监控其电导率以防腐蚀和漏电。在一些特殊场景，也会使用介电流体。

系统的冗余设计和可靠性至关重要。CDU、泵、室外冷却设备等都需要考虑N+1或备用配置，如同数据中心的供电系统一样，防止单点故障导致服务器过热。

与现有基础设施的兼容与改造是需要面对的现实问题。新建数据中心可以整体规划管路布局，而对现有风冷数据中心进行改造，则需要评估楼板承重、空间布局和管道敷设路径。

5、应用特点与适用场景

冷板式液冷技术展现出的特点，决定了其应用方向。

它在散热能力上具备优势，可稳定支持单芯片功耗超过500瓦甚至更高的场景，轻松应对高密度计算集群的热负荷。通常，采用该技术的数据中心，其电能利用效率有望降低至1.15甚至更优的水平。

其次，它在部署上具有一定的灵活性。服务器可以采用部分液冷（仅冷却CPU/GPU）+部分风冷（冷却内存、硬盘等其他部件）的混合模式，降低了技术导入的复杂度和风险。

从投资和运维角度看，其技术复杂性和初期投入高于传统风冷系统。专用冷板、CDU、管路及监控系统都增加了成本。运维团队也需要掌握液体化学管理、管路维护等新技能。

因此，该技术当前主要应用于对算力密度和能效有明确需求的场景，例如人工智能训练平台、高性能计算中心、超大规模云数据中心的特定高密度机柜，以及军事、科研等特殊领域。

6、未来展望：技术演进与生态成熟

冷板式液冷并非散热技术的终点，而是通向更高热管理路径上的重要阶段。随着芯片功耗的持续增长，冷板的设计将更加精细化，与芯片封装的结合可能更紧密。

未来，系统设计的标准化将是推动其规模化应用的关键，包括冷板接口、快换接头、CDU规格等方面的统一，可以降低成本并提升互操作性。

与此同时，智能化管理也将成为标准配置。通过传感器监测各路冷却液的流量、温度和压力，结合服务器负载数据，动态调整冷却策略，实现从“充分冷却”到“准确冷却”的演进，进一步挖掘节能潜力。

当人工智能等前沿科技持续推高算力需求，服务器内的热量管理已从辅助课题变为核心挑战之一。冷板式液冷技术通过将液体准确引至热源，提供了一条可行的散热路径。

它背后反映的是数据中心基础设施与IT技术协同演进的大趋势，即在追求更高计算密度的同时，须构建与之匹配的、更具针对性的物理环境支持系统。

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