1、 液冷系统通用架构

液冷系统分为室外侧和室内侧两部分，通过CDU（冷却液分配单元）中的板式换热器实现间壁式换热。室外侧包含冷却塔、一次侧管网和一次侧冷却液，作为外部冷源，热量转移主要通过水温升降实现。室内侧包含CDU、液冷机柜、ICT设备、二次侧管网和二次侧冷却液，热量转移主要通过冷却液温度升降实现。

2 、冷板式液冷（间接液冷）

冷板式液冷也被称作芯片级液冷，属于间接液冷，冷却液不与服务器芯片直接接触。其技术原理是在CPU、GPU等高发热部件上安装由铜铝等高导热金属构成的封闭腔体式液冷板，热量经导热部件传导至液冷板，再由内部液体循环将热量传递到远离服务器的散热单元，低发热元件则辅以风冷散热。

冷板式液冷系统主要由冷却塔、CDU、一次侧及二次侧液冷管路、冷却介质和液冷机柜组成，机柜内包含液冷板、设备内液冷管路、流体连接器、分液器等。

冷板式液冷目前应用最为广泛，其优势主要体现在五个方面。一是兼容性强，改造成本较低，不需要对现有机房及机柜进行大规模改造，硬盘、光模块等部件与风冷一致，运维模式和机房承重要求也基本一致。二是散热与节能效果远好于风冷，PUE可达1.2左右，而风冷通常在1.5左右。三是可靠性高，液体与设备不直接接触。四是维护性好，易开展维护性设计，可实现在线维护。五是噪声低，风机转速大幅降低，噪声值可至70dB左右。

其局限性在于：液体未与电子器件直接接触，而是通过金属管壁传热，冷却与节能效果不及浸没式液冷；IT设备、冷却液、管路、供配电等尚未统一，服务器多与机柜深耦合；管路接头和密封件较多，漏液维护较为复杂。

3 、浸没式液冷（直接液冷）

浸没式液冷属于直接液冷，将IT设备完全浸没在不导电冷却液中进行热交换，依靠冷却液流动循环带走热量。系统室外侧包含冷却塔、一次侧管网和一次侧冷却液；室内侧包含CDU、浸没腔体、IT设备、二次侧管网和二次侧冷却液。二次侧冷却液需采用不导电液体，如矿物油、硅油、氟化液等。

根据换热过程中冷却液是否发生相变，浸没式液冷可进一步分为单相和双相两种。

单相浸没式液冷中，冷却液仅发生温度变化，不存在相态转变。CDU循环泵驱动低温冷却液从浸没腔体底部进入，流经竖插的IT设备后从顶部流出，经CDU板式换热器将热量传递给一次侧冷却液，再由冷却塔排入大气。其PUE约为1.09。

双相浸没式液冷中，冷却液会发生相态转变。IT设备浸没在低沸点液态冷却液中，液态冷却液吸热沸腾后化为气态，气态冷却液因密度较小上升至腔体顶部，与顶部冷凝器换热后冷凝为液态，在重力作用下回流至底部，形成自然循环，无需泵驱动二次侧循环。其PUE可低至1.04至1.07。

浸没式液冷的优势十分突出。一是散热与节能效果最优，直接接触式换热使传热系数高，双相方案PUE可达1.04至1.07。二是紧凑，支持高密机柜，单柜散热量高达160kW，机柜间无需间隔，机房不需要空调和冷冻机组、无需架空地板、无需冷热通道封闭。三是可靠性高，设备完全浸没在液体中，排除了温度波动、风机振动、灰尘等带来的可靠性问题。四是噪声极低，100%液体冷却无需风扇，实现极致静音。

其局限性在于：兼容性较差，IT设备需定制，光模块和硬盘等部件兼容性仍待验证，双相方案需采用刀片式服务器；维护复杂，需打开Tank上盖并配合机械吊臂实现设备竖直插拔，开盖过程有冷却液挥发问题；承重要求高，Tank充满冷却液后整柜重量大幅增加，机房地板承重需大于1500kg/m²；国产冷媒仍待验证。浸没式液冷比较适用于对功率密度和节能性要求较高的大型数据中心，特别是地理位置特殊、空间有限的场景。

4 、喷淋式液冷（直接液冷）

喷淋式液冷将冷却液通过特制喷淋板精准喷洒至发热器件或其连接的固体导热材料上进行热交换，吸热后的冷却液经回液管、回液箱等集液装置收集，通过循环泵送回CDU进行下一次制冷循环。

喷淋式液冷系统主要由冷却塔、CDU、一次侧及二次侧液冷管路、冷却介质和喷淋式液冷机柜组成，机柜通常包含管路系统、布液系统、喷淋模块和回液系统。

喷淋式液冷的优势在于不需要对数据中心基础设施进行大幅改动，安装便捷，空间利用率高，且喷淋方式能够节省冷却液。其不足在于服务器整体密封于气相柜中，排液、补液及维护时会破坏服务器原有密封结构。目前喷淋式液冷应用场景有限，仅有少量数据中心采用。

5、 三种液冷方案综合对比

从市场占比来看，2023年上半年冷板式液冷服务器约占90%，浸没式约占10%，喷淋式极少。从PUE表现来看，风冷约1.5，冷板式约1.2，浸没式双相约1.04至1.07、单相约1.09。从单柜散热能力来看，冷板式约30至60kW，浸没式高达160kW。从兼容性来看，冷板式最优，浸没式最差，喷淋式居中。从可维护性来看，冷板式最优，浸没式最差，喷淋式居中。从节能性来看，浸没式最优，冷板式次之，喷淋式再次。

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