作者: Greg Alexander，施耐德电气Motivair高级热工工程师

随着数据中心竞相增加AI容量，散热管理成为优先事项。运营商正在权衡单相与两相直接液冷方案的优缺点，以寻求快速有效的解决方案。单相冷板冷却是默认选择，并可能在未来五到十年内占据主导地位，因为它更容易部署，成本更低，并且符合未来的硅片路线图。它被称为最有效的液冷解决方案，并且预计2026年的市场份额将达到55%。

液冷系统更复杂，需要更大的基础设施投资，并且需要更多的时间来部署。从长远来看，它可能会变得更加流行，但现在运营商需要迅速行动，因为对人工智能的需求正在爆炸性增长。Grand View Research估计市场将在2030年前以30.6%的年增长率增长。

单相和两相液冷有什么区别？

当涉及到直接到芯片（DTC）选项时，选择归结为单相或两相DTC冷却。单相解决方案使用冷却液（通常是75%的水和25%的乙二醇的混合物）来从GPU和高密度AI芯片中带走热量。直接放置在芯片（GPU或CPU）上的冷板通过对流捕获热量，并将其传递到在封闭回路系统中循环的冷却液中。

如名称所示，两相DTC涉及液态和气态。通过在GPU上使用类似于单相DTC的冷板将冷却液（通常是介电液或制冷剂）汽化来捕获热量。这使得由于汽化潜热引起的温度上升较小，从而能够捕获热量。最终，这个汽化过程为两相DTC中的GPU提供冷却。

两相冷却比单相冷却好吗？

确定单相还是两相哪种方法更好，取决于数据中心的具体需求。严格来说，两相DTC在冷板上的传热率更高，但有一个陷阱：它涉及更高的前期成本并增加了流体管理的复杂性。

目前，很少使用两相DTC，数据中心运营商更倾向于易于部署且部署速度快的单相方法。单相系统设计、部署、扩展和与现有基础设施集成更为简单，使运营商能够更快、更经济地冷却其快速扩展的AI部署。单相DTC系统可以机架安装以冷却仅机架上的设备或部署在机架之间以处理一组机架。

何时应使用两相直接芯片冷却？

在某些情况下，两阶段 DTC 可能是更好的选择：

• 液体冷却的行业流量标准是每千瓦1.5升每分钟。可以想象，芯片的瓦数可能会变得如此之高，以至于无法每分钟泵送足够的冷却液进行散热。在这种情况下，采用双相直接液体冷却（DTC）来减少泵送功率会是更好的选择。

• 单相冷却板冷却允许温度变化，流体以不同的温度进入和离开冷却板。在两相过程中，流体在恒定温度下沸腾，如果GPU表面温度对操作至关重要，这可能是可取的。

目前这两种情况尚未发生；每种情况都需要比当今使用的芯片更密集的芯片。即使新宣布的NVIDIA Vera Rubin在此阶段也可以通过单相DTC在45°C下冷却。在未来，处理器可能会达到需要2相DTC冷却的密度。

平衡AI冷却策略中的速度、成本和复杂性

随着人工智能基础设施以空前的速度扩展，单相和两相直接到芯片冷却之间的选择最终取决于时间、复杂性和业务优先级。虽然两相技术在超高密度环境中具有明确的长期前景，但今天的现实需求是能够快速部署、成本效益高且可大规模扩展的解决方案。

这就是为什么单相DTC继续通过提供实用的路径来支持快速的人工智能增长，同时不为尚未完全实现的未来需求进行过度工程化。对于运营商来说，最聪明的策略不是无限期地选择一种方法而不是另一种方法，而是将冷却决策与当前的工作负载需求保持一致，同时保持对未来的灵活性。施耐德电气，通过Motivair，提供了一系列完整的单相DTC解决方案，可以帮助数据中心运营商加速其人工智能部署并实现更快的收入时间。