面向 OEM 的数据中心冷却工作原理

面向设备制造商的 AI 和高密度数据中心风冷、液冷及混合冷却系统实用指南。

冷却一直是数据中心设计的核心，但持续攀升的计算密度正在对冷却设备制造商提出更高的工程标准。由于运营商支持更高的机架密度和更严苛的工作负载，服务器与机架的散热方式会对性能、可靠性、能效和可扩展性产生直接影响。

风冷仍被广泛使用，持续适用于许多应用场景。在传统数据中心，冷却不只依靠控制室温，而是结合可控气流、机架与服务器风机、冷热通道管理、封闭隔离以及设施冷却基础架构共同实现。高密度 AI 和高性能计算环境正在打破这种平衡。随着单机架功率不断提升，仅依靠气流输送热量愈发困难,因此液冷与混合冷却方案变得越来越重要。

对于 OEM 来说，这一转变改变了热量的排出位置、冷却性能的精准控制方式，以及冷却设备在电气保护、电机控制、监测和可维护性方面的设计方式。

下一步

向全球 HVAC-R 领导者学习如何改进数据中心冷却设备

传统数据中心冷却原理

_{当仅靠风冷无法匹配机架密度}

在传统的风冷架构中，冷空气输送至设备进风口，同时尽可能高效地排出温度升高的排风。热通道和冷通道布局有助于隔离送风与回风，而密封系统可减少不必要的混合。机房空调、机房空气处理机组、冷水机组与气流管理系统会在回风循环前将其中热量带走。

在热负荷适中且气流管理到位时，该方案可实现良好效果。高密度机架会增加散热难度。增大送风量需要配备更大的风扇、消耗更多能源，同时还要对压力、空间以及气流通道进行精细化管控。高功率组件周边还会形成集中热点，从而更难在整个机架上保持一致的温度。

这对冷却设备 OEM 提出了更多样化的设计要求。一些客户将继续主要依靠风冷。其他设备需要将风冷和液冷相结合的混合式冷却系统。发展最快的高密度算力环境，需要将冷却架构部署得更贴近热源。

液冷工作原理

^{将散热装置部署到更靠近高功率组件的地方}

^{芯片级直接液冷系统}

在芯片级直接液冷系统中，冷板附着于处理器封装或另一高温部件上。冷却液通过冷板内的通道中循环，吸收组件产生的热量并将热量带走。升温后的流体随后流经冷却液分配单元。该单元负责泵送和管控冷却液，并将热量传递至机房侧冷却环路。

^{冷却液分配单元}

CDU 形成两套互联且相互独立的系统。技术冷却回路紧邻 IT 设备，需要对温度、压力、流量、洁净度以及冷却液化学特性进行精密管控。设施回路在建筑层面处理更广泛的散热问题。保持这些回路相互隔离有助于保护敏感的 IT 设备，同时高效地将热量从数据中心环境中排出。

液体的传热效率高于空气，因此更适合高密度机架，这类机架的 CPU、GPU、内存以及其他高功率组件周边存在集中热点。风冷仍将是许多数据中心设计的一部分，但随着功率密度的增加，液冷变得愈发重要。

为何控制和保护功能对于冷却液分配单元至关重要

^{冷却环路之间的流量、压力与保护}

随着液体冷却更接近 IT 负荷，CDU 成为整套冷却架构中的重要组成部分。泵、电机、阀门、过滤器、传感器、歧管、控制装置和热交换器都需要在一个紧凑、可靠和便于维护的系统内协同工作。工程上的难点在于：在适当的压力和温度下循环输送适量的冷却液，同时保护设备并为操作员提供有用的性能数据。

电机控制是满足该要求的关键。CDU 泵和配套冷却设备需要能够响应动态变化的热负荷，既不会浪费能源也不会增加不必要的占用空间。伊顿 DE1 变速起动器等紧凑型电机控制技术能够帮助 OEM 在空间受限的设计方案中管理泵和电机转速。具备运行与能耗数据采集能力的电机保护装置（例如伊顿 PKE）也能够帮助操作员监控消耗、掌握电机运行状态并识别异常工况。

电路保护同样重要，因为液冷系统在关键的 IT 基础设施附近将电力、流体输送和电子控制结合在一起。OEM 需要各种保护架构来帮助保护电机、控制柜、传感器和泵，同时支持全球部署场景下的安全运维、可预测运行和合规。

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未来电力架构如何改变冷却设计

^{热架构与电气架构的协同设计}

高压直流正在引起关注

高密度 AI 基础设施正在推动业界探讨 800 VDC 供电架构，及其对冷却设备设计带来的影响。

供电与冷却之间的关联正变得愈发紧密

随着供电与冷却的限制日益相互关联，OEM 必须同时考虑热设计与电气架构

效率提升伴随着新设计要求

高压直流架构可以简化设备设计并减少电力转换损耗，但同时也对安全、保护和组件选型提出了新的考量

这对冷却设备 OEM 意味着什么

^{设计可靠、高效的设备，以满足日益变化的冷却需求}

对于冷却设备 OEM 而言，数据中心冷却正在成为一个更加集成的工程问题。客户需要能够支持更高密度、可预测运行、更易于维护以及性能更高的系统。他们还需要能够随着数据中心架构的不断发展而适应的设备。

机遇在于帮助客户管理热复杂性，同时又不增加运维复杂性。这意味着，所设计的系统需要兼顾有效的热传递与紧凑的电机控制、强大的电路保护、有用的操作数据和便捷的可维护性。它还意味着支持一系列冷却方案，包括风冷、混合散热环境，以及为最高功率密度机柜打造的芯片级直接液冷系统。

冷却系统的最根本要求始终不变：带走热量，以便设备可以安全高效地运行。改变的是热量的排出位置，以及热管理所需达到的控制精度。在由 AI 和高性能计算形成的高密度环境中，液冷正不断向芯片侧靠近，成为性能、可靠性和能耗平衡体系的一部分。对于冷却设备 OEM 而言，当务之急是制造设备，使这一技术转型过程变得更简单、更安全、更易于扩展。

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