AI“热”潮下的液“冷”关键技术及应对策略探讨

摘要

2025年8月15日，第14届中国数据中心设计高峰论坛在北京成功举办。本届论坛以“创新设计 重构未来”为主题，聚焦技术创新，凭借权威视角、深度内容与专业阵容，探讨数据中心设计的新方向。

中国移动通信集团设计院有限公司研究总监姜宇光，以《AI“热”潮下的液“冷”关键技术及应对策略探讨》为题发表演讲，姜宇光指出，随着AI算力需求爆发式增长，高密芯片功率持续攀升，液冷技术已成为智算中心散热的关键解决方案。姜宇光深入分析了当前液冷技术应用面临的三大挑战：系统复杂度高、部署难度大、服务器与机柜深度耦合等问题，并介绍了液冷生态构建现状，冷板液冷应用中的关键问题及创新产品和实践。

现将演讲内容整理如下（有删减），供广大数据中心从业者参考。

各位专家同仁，大家下午好！我是来自中国移动设计院的姜宇光。今天我分享的题目是《AI热潮下的液冷关键技术及应对策略探讨》。本次分享将从三个方面展开：

第一部分，AI智算发展热潮的背景；

第二部分，液冷关键技术的应对策略；

第三部分，液冷创新产品及实践案例。

01 AI智算发展热潮的背景

首先，谈一下AI热潮的背景。前面各位专家已经对相关背景进行了深入解读，我从运营商设计院的角度补充一些看法。过去几年，数据中心行业确实在大力发展，这一点大家有目共睹。从整体来看，这一发展可以大致分为三个阶段：

第一阶段，2021年之前。这个时期可以说是无序发展的阶段，建设了大量数据中心，但缺乏统一规划。

第二阶段，2021年。随着全国一体化大数据中心体系的发布，明确了“东数西算”战略、枢纽节点及相关建设要求，国家对数据中心规范化发展提出了明确方向。

第三阶段，2024年至今。在国家发布《数据中心绿色低碳行动计划》之后，叠加当前AI的爆发式发展，数据中心正加速朝着绿色低碳、高密度、高能耗的方向持续演进。

提到AI，就绕不开年初爆火的 DeepSeek。DeepSeek带来的的影响和特点主要体现在三个方面：

第一，降低了智算训练的门槛，但规模效应依然存在。 虽然大家普遍认为DeepSeek降低了模型训练的技术门槛，但要想训练出更优秀的模型，依然需要依靠“大力出奇迹”——大量的算力和能耗。这一基本法则并没有改变。

第二，加速了需求的释放。 由于训练要求降低，更多企业和场景开始涌入，带来了新的需求。这也印证了常说的“杰文斯悖论”：效率的提升，反而导致更多资源的投入。

第三，推理需求迅速增长。 DeepSeek的出现，显著推动了从训练到推理的需求扩张，尤其是推理需求的增长速度越来越快，规模也越来越大。

说完DeepSeek，我们再来看服务器和芯片。上午，阿里的晁怀颇晁总也多次提到 Scale Up 和 Scale Out 这两个方向。通俗来讲，Scale Up 就是如何让单个服务器节点的能力更强，而 Scale Out 则是如何让服务器节点之间实现更强的互联互通，提升整体集群能力。

在 Scale Up 方面，节点内部能力的提升高度依赖散热技术。例如，英伟达的 NVL72 已经大量采用了冷板式液冷，其带来的 GB300 未来也将全面采用冷板液冷，甚至 NVL576 可能会采用浸没式相变液冷的方式。华为 384 超节点同样会采用冷板液冷。这意味着，如果没有液冷技术，服务器节点的性能提升将面临瓶颈，无法继续向上突破。

在 Scale Out 方面，随着模型参数量的不断增加，未来集群规模可能达到万卡、十万卡，甚至是“星际之门”级别的几十万卡。Meta 还计划建设更大的园区，规模达到GW级，整体建设规模仍在持续膨胀。在这种情况下，能耗问题极为突出，液冷技术也成为不得不采用的关键方案。

前面内容总结下来，可以看到一些核心趋势：一方面，能耗越来越高，同时绿色低碳要求的PUE不断降低；另一方面，芯片的发热密度持续攀升，从几百瓦到一千多瓦，未来可能更大。 在这样的背景下，液冷已经从一个“可选项”，逐渐演变为“必选项”。

中国移动在液冷领域实际上已经持续探索多年：第一阶段，从2012年开始，我们在中国移动南方基地首次尝试了液气双通道的液冷模式；第二阶段，在多个省市开展试点，应用了热管液冷、水冷的冷板液冷以及浸没式液冷，并在汇聚机房的BBU场景中落地实践；第三阶段，进入规模化试点，主要集中在内蒙古呼和浩特园区，其中包括B09国家示范工程，以及当时业内最大的单体智算中心 B07项目，大规模采用了冷板液冷技术。

02 液冷关键技术的应对策略

下面针对一些关键技术进行探讨。

首先是液冷的发展方向。目前液冷有多种形式，主要包括：冷板液冷：通过液体间接换热；浸没式液冷：服务器直接浸泡在液体中进行散热；以及喷淋、相变液冷：这些都是直接接触式的液冷形式。

从整体来看，目前冷板液冷的生态体系更完善，是行业讨论的重点。很多人会认为，把设备直接泡在液体里散热效果最好，但从单项散热能力来看，冷板液冷的精准冷却能力与浸没式液冷基本不相上下。未来随着功耗密度的进一步提高，可能会出现基于相变的冷板液冷，以实现更高效的散热。总体来看，现在行业主要聚焦在冷板液冷方向。

接下来是交付模式。目前冷板液冷的交付主要有两种：一体化交付：服务器和机柜一起交付，类似整机柜交付；解耦交付：与传统风冷模式类似，服务器交付服务器的，机柜交付机柜的，两者分开交付。

目前使用较多的是一体化交付，但我们认为这种模式存在一些问题：生态方面，容易出现垄断效应，导致成本“黑盒化”。例如，服务器外面加一个壳，成本可能无缘无故增加；业务灵活性方面，一体化交付在匹配不同服务器时不够灵活。

相比之下，解耦交付优势明显：设备成本可以回归合理水平；上架、下架操作更灵活，能够更好地适配不同类型的服务器。因此，我们更推荐解耦交付模式。

最后我们谈一下CDU（冷却分配单元）。目前业内讨论较多的有两种形式：集中式CDU和分布式CDU，它们各有优劣。

集中式CDU：整体制冷容量比较高，是目前采用较多的形式。

分布式CDU：优势更多，尤其在接管复杂度上，分布式CDU的接管非常简单。从图中可以看到，它的管路设计清晰，安装便捷。此外，分布式CDU能够适配不同服务器的液冷需求，因为它是一柜一CDU，这样如果不同服务器对液体参数有不同要求，分布式CDU就能很好地满足。

另外，分布式CDU可以做到随机柜部署、随启随用，与传统机柜上架方式类似，灵活度更高。综合来看，在弹性部署的场景下，建议采用分布式CDU的形式。

再说一下水电接口形式。在冷板液冷的机柜接口中，通常有两种方式：手插和盲插。

手插模式：这是目前应用最广的形式，需要人工手动连接接头，并且要确保水电正对、密封可靠，防止泄漏。这种方式对人工操作的要求较高，相对复杂。从后面机柜的结构可以看到，接口布置比较繁琐。

盲插模式：结构更为简洁，除了设备本身简洁之外，接口形式也更加通用。盲插能够有效避免漏液，同时对人工操作的要求更低，只需要将设备推入即可完成连接，安装更高效、更安全。

接下来谈一下冷源形式。常见的有三种：开式冷却塔、闭式冷却塔和干冷器。

开式冷却塔：由于是开式系统，一般需要配备一个板式换热器，以保持水质要求。

闭式冷却塔：相比开塔，封闭性更好，但整体成本差异不大。

干冷器：虽然能耗性能稍逊，但它最大的优势是几乎不耗水，非常适合在缺水地区使用。

我们也对这三种冷源形式做了定量分析。总体来看，液冷本身已经非常节能，因此三种冷源在节能性能上的差异并不大。相对而言，开塔和闭塔略优于干冷器，但成本上，开塔和闭塔大致相当，干冷器会稍贵一些。

综合来看：缺水地区，推荐采用干冷器；其他地区，开塔或闭塔+板换的方案都是可行且可推广的。

最后，从运营商的角度分享一些关于风液融合的观点。

总体来看，行业内的风液融合方案主要分为三类：水系统的风液融合；纯氟系统的风液融合；水+氟的风液融合。

首先是水系统的风液融合。其常见架构是：上半部分为常规冷机加板式换热器，下半部分是液冷CDU，二者共用冷却塔系统。由于冷塔是共享的，通常需要按照风冷侧的参数进行配置，因此可能需要采用小温差架构，以实现两个系统共用冷源。

第二类是纯氟系统的风液融合。该系统室外采用蒸发冷凝器进行散热，内部则是纯相变氟利昂系统。末端液冷通过氟液换热单元（相当于一个CDU）来实现，一次侧是冷媒，二次侧是液冷冷却液。同时配有氟换热单元的增压设备（类似压缩机），以保证风冷侧的散热效果。

第三类是水+氟的混合架构，今天讨论得也比较多。这种架构主要通过双冷源空调来实现，常见形式有行间级、列间级，甚至还有阿里提到的风墙级等多种方式。双冷源空调负责低温风冷的散热部分，液冷依然通过CDU实现，室外共用冷却塔。

这两类氟相关方案都采用分布式、小颗粒度的方式，通过分布式压缩机满足风冷冷却工质的需求，从而进一步简化系统设计。

最后，再介绍一下中国移动目前的融合方案，可以说是一种相对保守的过渡性风液融合方案。我们现在推进的风液融合，更多是一种理念。因为我们认为，风冷是确定存在的，目前风冷依然占据绝对多数。基于这一判断，我们采取了以下策略：

通算风冷、智算风冷，共用一套池化的冷机冷源；液冷部分采用集装箱式集中泵站，以实现快速部署，匹配不同液冷需求。这样，在不同的风液比下，可以实现灵活、弹性的部署：一个是池化，一个是动态，一静一动，满足不同比例的需求；在此基础上做到极致节能，末端依然采用常规末端，以保证灵活部署能力。因为末端本身就具备快速部署的先天条件，这使得该方案能够在现阶段成为一种平滑过渡的风液融合方案。

我们同时也在探索一种新的风液融合方案，暂时称之为“叠冷”架构。该方案通过风液串联的方式，实现温度梯级利用，优化冷源效率。具体特点如下：

末端串联、梯级供冷：风冷和液冷温度不同，空气先经过风冷，再经过液冷，实现温度梯级利用；采用超大的供回水温差，温差可达20℃，从而降低供水流量，优化能耗。

高温水供冷：为匹配风液两侧温度需求，系统采用高温水供冷，延长自然冷却时间，提高能效。

系统管路简化：形成一套完整的串联系统，末端通过单一管路同时承载风冷和液冷，实现架构简化；风液比可随水温变化进行自适应调节。

匹配未来低温液冷需求：未来液冷温度可能进一步降低，需要更低水温供冷，通过叠冷系统的温度调节与风液温度匹配，能够满足低温液冷的供冷需求，实现高效稳定运行。

03 液冷创新产品研发和实践

最后，介绍一下我们的液冷创新产品研发与实践。结合前面提到的应对策略，我们针对液冷当前的几个关键卡点，研发了相关创新产品。

我们重点解决的卡点主要有三个：整机柜交付存在生态闭锁，成本高；水电接口众多，维护工作量大；漏液及防护不当带来的安全问题。

为此，我们创新研发了解耦型冷板液冷机柜（产品名：元泉），具有以下特点：全解耦、新架构、高兼容性、优效能。该产品已经获得北京市和中国移动“三首”成果双认定等多项奖项。

具体创新点如下：全部国产自主化：中间关键器件自主研发，包括前面提到的两总线解耦盲插，服务器可直接推入快速安装；兼容性流体互联装置：能够适配不同服务器的接口形式，实现盲插同时兼容非盲插设备；该装置为全球首款可兼容性流体连接器，已获得CQC认证；可维护动力源装置：液冷CDU配备在线插拔泵组，采用两套冗余设计，在保障安全的情况下，方便运维操作。

通过这些关键器件的创新，元泉冷板液冷机柜在解耦、兼容、便利性及安全可靠性方面都有显著提升，是我们应对液冷关键技术卡点的重要实践成果。

除了产品研发之外，我们在液冷生态建设方面也在持续推动。具体包括以下几个方面：

科创平台建设：我们牵头了两项国资委算网创新联合体任务，并与合作单位共建省级工程研究中心，推动技术创新与应用落地。

标准体系建设：建立健全了液冷相关标准体系，从国家标准、行业标准、团体标准到企业标准全面布局；

同时成立了信息通信知识产权联盟液冷专委会，进一步推动行业规范与技术交流。

生态建设与资源共享：构建资源共享平台，为产业链各方提供赋能支持，促进液冷技术和产业的协同发展。

通过这些措施，我们不仅推动了液冷产品技术创新，也在标准、平台和产业生态层面形成了系统支撑。

最后，介绍一下产品的综合效能。总体来看，我们的液冷产品具有以下特点：

安全可靠：产品通过权威测试认证，配备防漏液模块，显著提升整体可靠性。液冷系统中，漏液是最主要的可靠性风险，该设计有效防护了这一风险。

兼容适配：支持与UQD、UQDB接头兼容，各种标准接口均可实时适配，满足不同U位、不同类型服务器的需求，业务兼容性强，灵活性高。

性能提升：在综合效能方面表现更优，提升了液冷系统的整体运作效率。

便利运维：采用盲插设计、一体导通，可实现快速部署与维护，运维效率提升超过30%。

目前，这款产品已在中国移动数据中心落地应用，取得了良好的效果。

今天我分享的内容就到这里，感谢大家的聆听！