隨著今年ChatGPT模型的風(fēng)靡，各大科技企業(yè)對(duì)于AI未來應(yīng)用的探索熱情達(dá)到了前所未有的高度。AI產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、訓(xùn)練模型向推理模型的發(fā)展，對(duì)算力的要求逐步升高，即對(duì)CPU和GPU的性能有更高的要求。高性能帶來高功耗，高功耗導(dǎo)致高散熱，而工作溫度每提高1℃，帶來的都是性能的降低和用電量的提升。然而，傳統(tǒng)風(fēng)冷和冷板散熱技術(shù)已不能滿足算力發(fā)展所帶來的散熱要求，數(shù)據(jù)中心逐漸迎來了散熱瓶頸。可以說誰掌握了散熱技術(shù)，誰就掌握了打開算力瓶頸的關(guān)鍵。
圖1：CPU、GPU的TDP變化趨勢(shì)
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圖2：液冷經(jīng)濟(jì)線及算力密度與液冷的關(guān)系
（圖片來源：第11屆數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)大會(huì)）
另一方面，發(fā)改委、工信部等四部門印發(fā)的最新文件要求到2025年，大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE值降到1.3以下，而液冷可將PUE值降低至1.1左右，達(dá)到政策要求。對(duì)于企業(yè)來講，低PUE意味著能耗指標(biāo)、電力資源獲取方面的優(yōu)勢(shì)，也意味著更低的運(yùn)維成。
國(guó)家和地區(qū)政策對(duì)于數(shù)據(jù)中心PUE值的要求也催促著數(shù)據(jù)中心的進(jìn)化。
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圖3：數(shù)據(jù)中心PUE相關(guān)政策和要求
（圖片來源：第11屆數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)大會(huì)）
而應(yīng)對(duì)這兩項(xiàng)挑戰(zhàn)的有效解決方案之一是浸沒式液冷技術(shù)，浸沒式液冷也因此成為了當(dāng)前行業(yè)內(nèi)最熱門的話題之一。
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圖4：?jiǎn)蜗嘟]式液冷工作原理示意圖
浸沒式冷卻是液冷技術(shù)中的一種。相比于傳統(tǒng)的散熱方式如風(fēng)冷和冷板，浸沒式有如下顯著優(yōu)勢(shì)：
1高效散熱：浸沒式液冷的冷卻效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于風(fēng)冷，可有效降低PUE。
2節(jié)能增效：PUE的降低，運(yùn)行溫度的穩(wěn)定可有效的節(jié)省電量，避免超負(fù)荷運(yùn)行，提高了服務(wù)器的運(yùn)行效率。
3靜音低噪：整個(gè)液冷系統(tǒng)中，僅有循環(huán)水泵及干冷器的低頻風(fēng)扇有微弱的噪音，故可達(dá)到靜音機(jī)房的效果。
4節(jié)約空間：相比于風(fēng)冷，浸沒液冷機(jī)箱可以大幅減小行間距，提高存放密度，節(jié)約空間。
浸沒式液冷分類根據(jù)冷卻液在使用過程中是否發(fā)生相變，浸沒式液冷主要分為單相液冷和相變液冷。兩種類型各有所長(zhǎng)，需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景選擇。它們的區(qū)別如下：單相液冷在單相浸沒式液冷系統(tǒng)中，所選用的冷卻液沸點(diǎn)通常高于100℃，這一溫度高于服務(wù)器正常運(yùn)行時(shí)的最大溫度，因此在循環(huán)散熱過程中，冷卻液一直保持液態(tài)而不發(fā)生相變。電子元件直接浸沒在冷卻液中，熱量從電子部件傳遞到液體中，隨后通過循環(huán)泵將熱的冷卻液傳遞到熱交換器，經(jīng)過冷卻后重新回流至冷卻裝置，繼續(xù)吸收熱能。整個(gè)過程形成循環(huán)往復(fù)，有效地實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)備的高效冷卻。單相冷卻液的優(yōu)點(diǎn)是在密閉體系中揮發(fā)流失較低，不需要頻繁補(bǔ)充冷卻液，與電子元器件兼容性比較好，可維護(hù)性高，但相對(duì)于相變式液冷其散熱效率要低一些。相變液冷相變液冷，又稱為雙相液冷。所選用的冷卻液沸點(diǎn)較低，在相變液冷系統(tǒng)中，冷卻液在循環(huán)散熱過程中經(jīng)歷了相變，冷卻液吸收了電子元件的熱量，引起沸騰產(chǎn)生蒸汽。這些蒸汽在容器內(nèi)的熱交換器（冷凝器）上冷凝，釋放熱量，將熱量傳遞給循環(huán)流動(dòng)的冷卻水，而自身重新變回液態(tài)，回流到系統(tǒng)中參與下一輪“液—?dú)狻骸钡难h(huán)。相變液冷的優(yōu)點(diǎn)在于其傳熱效率非常高，而缺點(diǎn)是對(duì)容器的密封性和操作有一定要求。這是因?yàn)橄嘧冞^程中，冷卻液蒸發(fā)為氣態(tài)過程中會(huì)發(fā)生逸散，所以對(duì)容器的密封性有一定的要求，需要一個(gè)正壓或者負(fù)壓的環(huán)境來保證氣密性。對(duì)操作的要求則在于補(bǔ)充液體或者更換器件時(shí)需要事先泄壓/排液。浸沒式冷卻液產(chǎn)品現(xiàn)狀浸沒式冷卻液作為浸沒式液冷中的“核心科技”，在浸沒式冷卻體系中發(fā)揮著舉足輕重的意義。目前市場(chǎng)上的浸沒式冷卻液種類較多，使用哪種冷卻液也成為了行業(yè)普遍關(guān)心的話題。
冷卻液需要具有絕緣、高導(dǎo)熱性、低凝固點(diǎn)、高閃點(diǎn)、對(duì)結(jié)構(gòu)材料無腐蝕性等特性。目前在浸沒液冷領(lǐng)域受關(guān)注的冷卻液主要有：碳?xì)漕?、有機(jī)硅類和氟碳類化合物。
1有機(jī)硅類（Organosilicons）硅油在缺乏氧氣的應(yīng)用場(chǎng)景表現(xiàn)有良好的耐溫性、穩(wěn)定性和接觸安全性。硅油具有較低的表面能和粘度，可以很好的浸潤(rùn)接觸表面及被循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)，但相應(yīng)對(duì)密封的要求較高。高沸點(diǎn)的硅油具有一定的閃點(diǎn)，需要根據(jù)應(yīng)用要求配置相應(yīng)防爆設(shè)施和安全監(jiān)控措施。還要注意對(duì)極端狀態(tài)的控制，及對(duì)分解產(chǎn)物的毒性影響，配置相應(yīng)監(jiān)控和液體過濾措施。同時(shí)揮發(fā)后也有一定的殘留物，需要額外的清洗處理。
2碳?xì)浠衔铮℉ydrocarbon）碳?xì)浠衔锢鋮s液價(jià)格相對(duì)低廉，沸點(diǎn)高、不易揮發(fā)，對(duì)環(huán)境友好，但傳熱能力有限，因此適用于一些本身就耐高溫的設(shè)備，如高壓電器設(shè)備，但對(duì)于不耐高溫的數(shù)據(jù)中心等設(shè)備而言，使用場(chǎng)景較為有限。此外，碳?xì)漕惱鋮s劑由于具有閃點(diǎn)，存在可燃助燃的風(fēng)險(xiǎn)，在使用中需要謹(jǐn)慎處理。
3氟碳化合物（Fluorocarbon）氟碳化合物被業(yè)內(nèi)統(tǒng)稱為氟化液，這是將碳?xì)浠衔镏兴囊徊糠只蛉繗鋼Q為氟而得到的一類有機(jī)化合物，這一類化合物普遍具有良好的綜合傳熱性能，可以實(shí)現(xiàn)無閃點(diǎn)不可燃的特性。此外，氟化液具有良好的化學(xué)惰性，與各種材質(zhì)的電子元件相容性好，并且具有良好的運(yùn)動(dòng)粘度，在溫控系統(tǒng)中可以很好的流動(dòng)散熱。目前，氟化液被廣泛認(rèn)為是最適合用于數(shù)據(jù)中心液冷系統(tǒng)。目前常見的碳氟化合物的包含氫氟醚（HFE）、全氟聚醚(PFPE)及全氟烯烴等類型。·全氟聚醚(PFPE)全氟聚醚擁有很低的介電常數(shù)，從技術(shù)指標(biāo)層面，可滿足理想浸沒式冷卻的要求。擔(dān)該類化合物的GWP值一般大于5000，具有強(qiáng)溫室效應(yīng)。·氫氟醚(HFE)氫氟醚(HFE)的溫室效應(yīng)影響較小，對(duì)臭氧層無破壞，而且在電子設(shè)備的冷卻中具有良好的性能。但其通常具有較高的介電常數(shù)，和電子元器件直接接觸時(shí)對(duì)信號(hào)傳輸影響較大。因此氫氟醚主要用于對(duì)介電常數(shù)要求不是很嚴(yán)苛的領(lǐng)域。·全氟烯烴(PFO)全氟烯烴冷卻性能好，無毒，和材料相容性好，并且ODP和GWP值極低，可以滿足相關(guān)環(huán)保指標(biāo)要求。此外，該類化合物沸點(diǎn)跨度比較大，可針對(duì)不同的使用領(lǐng)域選擇不同沸點(diǎn)的含氟傳熱流體，滿足單相和雙相浸沒式冷卻的需求。由于之前供應(yīng)鏈的緣故，市場(chǎng)普遍認(rèn)為氟碳類化合物成本較高，但近年來，得益于技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)能的提升，氟碳類產(chǎn)品的價(jià)格已大幅下降。
宇極全氟碳浸沒式冷卻液
12月12-14日，第十八屆中國(guó)IDC產(chǎn)業(yè)年度大典（IDCC2023）在北京國(guó)家會(huì)議中心隆重舉行。大典以“算力進(jìn)化 數(shù)字開物”為主題，聚焦算力產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，共同探討數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向和未來趨勢(shì)。
在此次大典上，上海宇極賽氟科技有限公司的全氟碳浸沒式冷卻液首次亮相，成為全場(chǎng)焦點(diǎn)，備受大會(huì)參與者的關(guān)注。
圖5：嘉賓在宇極展臺(tái)前觀看、詢問產(chǎn)品信息
本次IDC上海宇極賽氟將氟化液的應(yīng)用場(chǎng)景直接搬到了展位，將家用電腦的主板、CPU、內(nèi)存、電源等元件去掉風(fēng)扇后直接浸沒于全氟烯烴類氟化液中進(jìn)行展示。經(jīng)過多日的運(yùn)行，散熱穩(wěn)定，硬件溫度正常，主機(jī)正常運(yùn)行。
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圖6：宇極展位的浸沒式液冷裝置
