隨著AI服務(wù)器功率密度的快速提升，傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱方案在熱管理方面逐漸面臨挑戰(zhàn)。在此背景下，液冷散熱技術(shù)正加速應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心，特別是高算力的AI集群中。

這一散熱方式的變革，并不僅僅是冷卻介質(zhì)的簡(jiǎn)單替換，它正驅(qū)動(dòng)著服務(wù)器電源架構(gòu)及內(nèi)部磁性元器件的設(shè)計(jì)邏輯發(fā)生深刻變化，這種散熱方式也對(duì)磁性材料提出更高的要求。本文將從產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀出發(fā)，探討液冷趨勢(shì)如何重構(gòu)電源與磁性元件的設(shè)計(jì)重心與技術(shù)路徑。

01 AI服務(wù)器電源液冷加速滲透，路徑仍未固化

2025年，AI大模型訓(xùn)練規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，數(shù)據(jù)中心散熱架構(gòu)進(jìn)入新階段。算力密度快速提升，使風(fēng)冷的熱管理能力面臨瓶頸。當(dāng)前主流AI服務(wù)器電源單機(jī)功耗已從800W增長(zhǎng)至2~3kW，整柜功耗則從10~20kW提升至60~100kW。

液冷散熱方案加速進(jìn)入落地期，冷板液冷、浸沒式液冷、背板液冷等不同路徑正在被驗(yàn)證和部署。大型互聯(lián)網(wǎng)與云服務(wù)企業(yè)已經(jīng)在規(guī)模引入液冷架構(gòu)，Meta、微軟、阿里云和華為均在新一代數(shù)據(jù)中心推廣液冷系統(tǒng)，將冷卻能力直接覆蓋高密度GPU節(jié)點(diǎn)。

液冷散熱方式目前分為兩種，一種是直接接觸式散熱，即液體與發(fā)熱器件之間接觸，如浸沒式液冷散熱；另一種是間接接觸式散熱，即通過冷板等介質(zhì)間接散熱，如冷板式液冷散熱。

Wind數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前冷板式液冷散熱為液冷散熱主流的方式，占比超95%，PUE可降至1.20~1.25，兼容現(xiàn)有服務(wù)器架構(gòu)。浸沒式液冷散熱PUE低于1.05，但改造成本高，多用于高密度算力場(chǎng)景，如英偉達(dá)GB300服務(wù)器。

液冷散熱的優(yōu)勢(shì)不僅體現(xiàn)在更高熱流密度處理能力，還包括更低PUE、更高穩(wěn)定性和更小運(yùn)行噪聲，使其逐步從“實(shí)驗(yàn)方向”過渡為“硬性能力”。

不過，液冷散熱路徑仍未完全固化。不同廠商在架構(gòu)選擇、冷板布局、液體介質(zhì)選擇、冷卻耦合方式上仍存在差異；階段性混合架構(gòu)仍將長(zhǎng)期存在。

例如部分廠商優(yōu)先部署冷板液冷以平滑演進(jìn)，另一些廠商則直接規(guī)劃浸沒式系統(tǒng)用于高密度訓(xùn)練集群。短期內(nèi)，液冷散熱不會(huì)完全取代風(fēng)冷散熱，但對(duì)于高性能AI集群，液冷散熱已經(jīng)從“加分項(xiàng)”變成“準(zhǔn)入門檻”。

對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈而言，這意味著設(shè)計(jì)方法、驗(yàn)證體系和供應(yīng)鏈能力均在重構(gòu)中，散熱已不再只屬于機(jī)械與結(jié)構(gòu)工程范疇，而成為系統(tǒng)架構(gòu)的重要輸入變量。

杭州鉑科電子磁件研發(fā)經(jīng)理丁毅表示，液冷散熱方案的普及節(jié)奏正在加快，但最終比例仍難以判斷：“液冷在AI服務(wù)器電源中的滲透率肯定會(huì)上揚(yáng)，未來它會(huì)占據(jù)相當(dāng)大的市場(chǎng)份額，是否反超風(fēng)冷成為主流尚無定論。”

從企業(yè)反饋看，過去企業(yè)可以先做風(fēng)冷散熱，再考慮液冷散熱。現(xiàn)在必須同步把液冷散熱做上，否則難以進(jìn)入市場(chǎng)。但液冷散熱并不意味著簡(jiǎn)單地將器件放入液體環(huán)境中，而是涉及新材料防腐、耐油性、絕緣、導(dǎo)熱路徑優(yōu)化、結(jié)構(gòu)重新規(guī)劃等系統(tǒng)性設(shè)計(jì)難題。

水冷三相輸入算力電源 圖/杭州鉑科電子

02 AI服務(wù)器電源架構(gòu)重構(gòu)：從單機(jī)供電到集中液冷散熱

AI服務(wù)器功率密度增長(zhǎng)趨勢(shì)明確。主流AI訓(xùn)練系統(tǒng)的整機(jī)功耗正從數(shù)千瓦邁向 10kW以上，冷板液冷散熱與浸沒式液冷散熱更適合高熱流密度場(chǎng)景。產(chǎn)業(yè)共識(shí)認(rèn)為，散熱瓶頸被移除后，電源的效率與功率密度目標(biāo)將重新刷新。

高級(jí)講師及企業(yè)專家顧問EMC及電源行業(yè)專家杜佐兵指出：“液冷散熱目前尚未普及，但在機(jī)柜背部部署集中大型的液冷電源模組，為整個(gè)機(jī)柜供電，取代每個(gè)服務(wù)器內(nèi)部獨(dú)立電源，是未來的可能方向。”

這種架構(gòu)調(diào)整意味著傳統(tǒng)的單機(jī) PSU模式正在讓位于集中供電架構(gòu)。相比單機(jī)電源，集中式液冷電源更有利于提升整機(jī)能效、降低散熱成本與維護(hù)難度。

不過，液冷方案增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，AI服務(wù)器電源廠商需要參與液冷板設(shè)計(jì)，甚至承擔(dān)液冷循環(huán)系統(tǒng)的一部分工作。與此同時(shí)，液冷系統(tǒng)中整機(jī)接地、電流泄漏與 EMI 風(fēng)險(xiǎn)更敏感，“整體接地后漏電流增大，機(jī)殼尺寸大即成為輻射天線，可能把整機(jī)變成發(fā)射體?！?/p>

這意味著EMC設(shè)計(jì)必須提升優(yōu)先級(jí)，散熱方式變化帶來的寄生參數(shù)變化、場(chǎng)耦合路徑變化均可能引發(fā)全新EMI問題。

他還提到，AI服務(wù)器電源從風(fēng)冷轉(zhuǎn)向液冷，是應(yīng)對(duì)芯片熱密度（TDP）飆升的根本性變革。這一轉(zhuǎn)變對(duì)服務(wù)器電源的影響是深遠(yuǎn)且多維度的，最直接、最核心的影響可以概括為：散熱瓶頸的移除，使得AI服務(wù)器電源的功率密度和效率極限被重新定義。

03 AI服務(wù)器電源磁性元件設(shè)計(jì)邏輯轉(zhuǎn)變：減少發(fā)熱到高效導(dǎo)熱

液冷散熱帶來的變化不僅影響AI服務(wù)器電源系統(tǒng)本身，還對(duì)與AI服務(wù)器電源密切相關(guān)的磁性元件設(shè)計(jì)提出了全新的需求。

過去磁性器件優(yōu)化重點(diǎn)在于通過材料降損與結(jié)構(gòu)改良來降低溫升，并配合風(fēng)冷實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行。

但在AI服務(wù)器功率密度持續(xù)攀升、散熱模式從空氣換熱轉(zhuǎn)向液體換熱后，磁元件設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)從“降低發(fā)熱”進(jìn)一步轉(zhuǎn)向“縮短熱路徑、提高熱流導(dǎo)出效率”。

服務(wù)器 CPU_CRPS 電源 圖/杭州鉑科電子

在目前服務(wù)器功率密度上升與空間變小的趨勢(shì)下，磁元件再怎么降低損耗也擋不住發(fā)熱堆積?，F(xiàn)在更重要的是把熱快速排出去，讓它順利傳到液冷那一側(cè)。

磁元件廠商大多在結(jié)構(gòu)與散熱界面設(shè)計(jì)上做出調(diào)整。傳統(tǒng)PQ或EE結(jié)構(gòu)多為實(shí)心磁芯，如今中柱需要預(yù)留通孔以插入銅管，引入液體或金屬“熱橋”。側(cè)壁會(huì)開槽用于填充導(dǎo)熱硅膠，使磁芯與外部銅板或冷板緊密接觸，實(shí)現(xiàn)熱從磁芯內(nèi)部到冷板的最短路徑。

平面磁技術(shù)和扁平化磁元件設(shè)計(jì)也更受青睞，因?yàn)槠浔砻娣e更大、與冷板耦合面更充分。此外，灌封材料從絕緣為主轉(zhuǎn)向兼顧導(dǎo)熱，灌封深度、填縫方式、材料匹配都成為熱管理設(shè)計(jì)要素。

國石磁業(yè)技術(shù)總監(jiān)商燕彬表示：“過去磁元件只要把溫度控制到合適區(qū)間，如120℃效率就能保持，現(xiàn)在體積縮小后風(fēng)冷已無法有效帶走熱量，只能靠結(jié)構(gòu)與導(dǎo)熱介質(zhì)把熱強(qiáng)行導(dǎo)出，讓液冷散熱系統(tǒng)維持穩(wěn)定溫區(qū)?！?/p>

磁性材料本身也面臨耐溫、耐腐蝕和熱循環(huán)沖擊的新要求。浸沒式液冷散熱使絕緣漆、塑料支架、膠帶、標(biāo)簽乃至磁芯表面都可能長(zhǎng)期接觸冷卻介質(zhì)，因此材料需要避免溶脹、脫落與腐蝕。

組合型磁芯 圖/國石磁業(yè)

一些企業(yè)開始在晶界添加耐腐蝕氧化物以提升材料穩(wěn)定性，但目前大多數(shù)方案仍處于實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證階段，產(chǎn)業(yè)普遍通過嚴(yán)格浸泡測(cè)試與冷熱沖擊測(cè)試來篩選材料兼容性。

同時(shí)，業(yè)內(nèi)也在探索提升磁芯韌性、抵抗熱脹冷縮引起開裂的方法，但目前仍未實(shí)現(xiàn)完全解決方案，灌封支撐與結(jié)構(gòu)緩沖設(shè)計(jì)仍是主流方式。

在材料體系方面，鐵氧體仍是主力，但隨著AI服務(wù)器應(yīng)用對(duì)高飽和磁通密度和熱傳導(dǎo)提出更高要求，金屬軟磁粉芯獲得更多關(guān)注。

部分廠商表示，在高功率密度與高頻條件下，粉芯在體積縮減方面可具顯著優(yōu)勢(shì)，最大可縮小約70%，并帶來更緊湊布局與更短熱路徑。但鐵氧體材料仍在演進(jìn)，如材料端不斷提升居里溫度與高溫?fù)p耗性能，部分產(chǎn)品居里溫度已達(dá)到220℃以上，損耗曲線逐代下降，適應(yīng)140℃甚至160℃的長(zhǎng)期工作環(huán)境。

整體來看，過去磁元件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是讓磁元件少發(fā)熱，現(xiàn)在重點(diǎn)是讓熱更快地導(dǎo)出去。

未來能夠同時(shí)掌握磁材料工藝、導(dǎo)熱封裝、液冷結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)的企業(yè)，將更有可能在AI服務(wù)器電源新周期中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

結(jié)語：液冷散熱重塑AI服務(wù)器電源的下一階段

AI訓(xùn)練熱潮推動(dòng)AI服務(wù)器功率與熱密度急劇提升，液冷散熱技術(shù)從數(shù)據(jù)中心冷源側(cè)延伸至AI服務(wù)器內(nèi)部與電源系統(tǒng)。產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成一致判斷：液冷散熱不是短期趨勢(shì)，而是AI 電源架構(gòu)演進(jìn)過程中不可避免的技術(shù)方向。

但這一過程不是簡(jiǎn)單替換冷卻方式，而是涉及散熱路徑重新定義、結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)、材料迭代、制造工藝提升與可靠性體系重構(gòu)。電源與磁性元件行業(yè)從“散熱輔助環(huán)節(jié)”正式進(jìn)入“熱管理關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)”階段。

熱管理不再是被動(dòng)適配，而成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主導(dǎo)邏輯之一。

液冷散熱轉(zhuǎn)型初期，材料仍需迭代、可靠性標(biāo)準(zhǔn)待完善、生產(chǎn)一致性仍在優(yōu)化，但產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同正在加速。誰能在體積、損耗、導(dǎo)熱、耐腐蝕性之間找到最優(yōu)平衡，誰就能獲得液冷AI服務(wù)器電源的入場(chǎng)券。

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審核編輯 黃宇