散熱革命的技術(shù)基石

在人工智能、大數(shù)據(jù)與云計算的驅(qū)動下，全球算力需求呈指數(shù)級增長，服務(wù)器功耗密度從20kW/柜飆升至100kW/柜以上。傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)因散熱效率不足、能耗高企等問題逐漸退場，液冷技術(shù)憑借其高效散熱、低能耗與高密度部署的優(yōu)勢，成為數(shù)據(jù)中心升級的核心方向。其中，液冷釬焊工藝、液冷板設(shè)計與服務(wù)器架構(gòu)的協(xié)同創(chuàng)新，正重塑著算力基礎(chǔ)設(shè)施的底層邏輯。

一、液冷釬焊：精密制造的“焊接革命”

液冷板作為液冷系統(tǒng)的核心散熱部件，其制造工藝直接影響系統(tǒng)效率與可靠性。真空釬焊技術(shù)憑借設(shè)計靈活性與焊接效率，成為鋁合金液冷板的主流工藝。

1. 真空釬焊的原理與優(yōu)勢

真空釬焊通過在真空環(huán)境中加熱母材與釬料，利用液態(tài)釬料在母材表面的潤濕、鋪展與毛細流動，實現(xiàn)無氧化、高精度的連接。其核心優(yōu)勢包括：

• 無氧化環(huán)境：真空條件可清除母材表面氧化膜，避免釬劑殘留導(dǎo)致的腐蝕問題，提升產(chǎn)品耐久性。

• 復(fù)雜結(jié)構(gòu)適配：釬料流動性優(yōu)異，可填充微米級間隙，支持液冷板流道設(shè)計自由度，實現(xiàn)散熱效率最大化。

• 高效生產(chǎn)：支持多組件疊加裝爐，單爐產(chǎn)能提升30%以上，同時減少熱變形，保障液冷板平整度。

2. 釬料創(chuàng)新與工藝挑戰(zhàn)

鋁合金表面致密氧化膜（Al?O?）是釬焊的主要障礙。當前主流釬料基于Al-Si體系（Si含量7%-12%），其中共晶成分（Si 11.7%）的釬料熔點為577℃，適用于3A21等高熔點鋁合金。通過添加Mg元素，可形成低熔點Al-Si-Mg合金，破壞氧化膜與母材的結(jié)合力，實現(xiàn)高效潤濕。然而，釬料成分對工藝參數(shù)極度敏感，微小偏差可能導(dǎo)致接頭強度下降30%以上，行業(yè)仍依賴經(jīng)驗數(shù)據(jù)優(yōu)化工藝。

二、液冷板：散熱效率的“微通道革命”

液冷板通過內(nèi)部微通道設(shè)計，將冷卻液與發(fā)熱元件（如CPU、GPU）直接接觸，實現(xiàn)熱量高效傳導(dǎo)。其技術(shù)演進呈現(xiàn)三大趨勢：

1. 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：從吹脹式到3D打印

• 吹脹式液冷板：通過高壓氣體吹脹鋁板形成流道，成本低但流道精度有限，適用于中低功耗場景。

• 釬焊式液冷板：采用真空釬焊工藝，支持復(fù)雜流道設(shè)計（如螺旋形、樹狀分形），散熱效率提升40%以上，已成為主流方案。

• 3D打印液冷板：通過選擇性激光熔化（SLM）技術(shù)直接成型，實現(xiàn)流道截面微米級控制，但成本較高，目前用于高端超算領(lǐng)域。

2. 材料升級：從鋁到銅鈦合金

鋁合金因輕量化與耐腐蝕性被廣泛使用，但在高功耗場景下，銅鈦合金憑借其熱導(dǎo)率（銅：401W/m·K）與抗腐蝕性，逐漸成為高端液冷板的首選。例如，英偉達GB300服務(wù)器冷板用量從45片增至108片，其中銅鈦合金占比超60%，支撐單機柜功率密度突破100kW。

三、服務(wù)器架構(gòu)：液冷技術(shù)的“系統(tǒng)級整合”

液冷服務(wù)器的普及需解決散熱模塊與服務(wù)器主板、電源、內(nèi)存等組件的協(xié)同問題。當前主流方案包括冷板式、浸沒式與噴淋式，其中冷板式以95%的市場占有率成為主流。

1. 冷板式液冷：間接散熱的“黃金平衡”

• 工作原理：冷板緊貼CPU/GPU，冷卻液在板內(nèi)流道循環(huán)吸熱，通過快接接頭與外部循環(huán)系統(tǒng)連接。

• 優(yōu)勢：改造成本低（僅需替換散熱器），兼容現(xiàn)有風(fēng)冷架構(gòu)，支持“風(fēng)液混用”模式，適用于中低功耗部件。

• 代表案例：浪潮信息推出的全液冷整機柜，支持英偉達H100 GPU液冷散熱，PUE（電能利用效率）從1.6降至1.05，年節(jié)電量超百萬度。

2. 浸沒式液冷：直接散熱的“終極方案”

• 工作原理：將服務(wù)器完全浸入氟化液（如3M Novec），通過液體沸騰或?qū)α鲹Q熱實現(xiàn)極致散熱。

• 優(yōu)勢：PUE可低至1.03，單機柜功率密度達750kW，適用于超算中心與AI訓(xùn)練集群。

• 挑戰(zhàn)：需改造服務(wù)器結(jié)構(gòu)（如去除風(fēng)扇），初期成本較高，但全生命周期成本（TCO）較風(fēng)冷降低35%。

• 代表案例：中科曙光部署的全球最大浸沒式液冷項目（超5000節(jié)點），支持騰訊、字節(jié)跳動等大客戶的高密度算力需求。

四、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同：從零部件到生態(tài)系統(tǒng)的“全鏈條突破”

液冷服務(wù)器的普及依賴產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同創(chuàng)新：

• 上游零部件：液冷板、快接接頭、冷卻液等核心部件國產(chǎn)化率超70%，但高端氟化液仍依賴進口（如3M Novec）。巨化股份通過自主研發(fā)，實現(xiàn)冷卻液純度達99.999%，成本降低40%。

• 中游制造：浪潮信息、中科曙光等企業(yè)掌握全棧液冷技術(shù)，年產(chǎn)能超10萬臺，覆蓋冷板式、浸沒式全場景。

• 下游應(yīng)用：金融、互聯(lián)網(wǎng)、電信行業(yè)占比超70%，其中H20解禁后，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心液冷滲透率從15%躍升至30%。

五、未來展望：液冷技術(shù)的“三大趨勢”

1. 兩相冷卻技術(shù)普及：相變浸沒液冷通過液體沸騰吸熱，效率較單相提升30%，預(yù)計2027年市場份額超40%。

2. 邊緣液冷爆發(fā)：小型化、模塊化液冷方案在5G基站、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等邊緣場景落地，推動算力“最后一公里”覆蓋。

3. AI驅(qū)動智能溫控：通過機器學(xué)習(xí)動態(tài)調(diào)節(jié)流量與溫度，匹配負載變化，實現(xiàn)PUE實時優(yōu)化。

在“雙碳”目標與算力需求的雙重驅(qū)動下，液冷技術(shù)已從“可選項”變?yōu)閿?shù)據(jù)中心升級的“剛需”。從液冷釬焊的工藝突破到服務(wù)器架構(gòu)的系統(tǒng)整合，中國企業(yè)在全球液冷市場中占據(jù)主導(dǎo)地位，2025年市場規(guī)模預(yù)計突破1200億元。這場散熱革命不僅解決了高功耗設(shè)備的散熱瓶頸，更通過極致能效比，為AI、元宇宙等未來科技鋪平了綠色之路。