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国之重器曙光8000十万卡AI集群,靠什么解决散热难题?
央视《超级工程——曙光8000》的播出将中科曙光的十万卡AI超集群带入公众视野。曙光8000（登峰）部署于国家超算互联网核心节点，通过八十多组高密度机柜集成十万颗智能计算芯片，为国家战略科研任务和产业应用提供算力支撑。
这些任务有着不同的计算需求。曙光8000既要支持高精度科学计算，也要承载AI大模型训练；黄河水沙模拟、数字大脑研究等探索，则需要大规模计算与反复验证。要让科研人员持续使用这套集群，芯片数量之外，还需要整套系统能够稳定运行。
在一台刀片服务器内部，六十多毫米厚的空间容纳了五层主板、二十颗计算芯片；单颗芯片的满载功耗超过一颗办公电脑CPU的五倍。高功耗芯片密集排布，热量必须及时排出。曙光数创围绕液冷展开的攻关，也由此深入到芯片与散热器之间的传热路径。
高密度之下：散热难题逼近芯片近端
在曙光8000中，曙光数创的C8000 V3.0承担散热与供电基础设施的核心任务。它是一套MW级相变浸没液冷整机柜及基础设施整体方案，涵盖液冷、供电、控制与机柜结构。其液冷部分将全部电子元件整块浸在绝缘冷媒中：芯片发热后，沸点约50℃的冷媒在发热表面附近沸腾，利用相变时吸收的汽化潜热带走热量；蒸汽冷凝后，冷媒继续参与循环。
冷媒能够带走热量，但芯片表面直接与冷媒接触的换热面积有限。液冷系统设计师常乾坤解释，团队需要为芯片设计散热器，先将集中产生的热量传导、扩散到更大的表面，再交给冷媒。散热器能否及时把热量传出去，直接影响浸没液冷的实际效果。
传统结构中，热量往往要经过芯片、导热介质、金属上盖和散热器等多层材料，每一道界面都可能形成热阻。随着芯片功耗提高，即便冷媒仍有换热能力，芯片近端传热不畅，也可能先影响满载运行。散热器的材料及其与芯片的连接方式，成为液冷团队接下来要攻克的问题。
金刚石铜“入场”：提升芯片模组传热能力
散热器的材料，成为液冷团队首先尝试突破的方向。2024年，常乾坤带领团队测试了数十种材料，以及不同形状的散热器，最终选定金刚石铜：将金刚石粉与铜结合，用于制作芯片散热器。它要完成的任务，是把集中在芯片上的热量更快地传导、扩散至冷媒能够接触的散热表面。
常乾坤介绍，金刚石铜的散热能力是铜的两倍以上。曙光数创披露，C8000 V3.0首次规模化应用的高导热金刚石/铜散热模组，经实测可使芯片模组传热能力提升80%，助力芯片性能提升10%。材料的散热能力、模组的传热能力与芯片运行表现，分别对应不同的测试层面，也反映出高导热材料要经过模组设计，才能在芯片上发挥作用。
刀片服务器内部的安装空间有限，散热器既要适配芯片与主板结构，还要在满载工况下持续向冷媒传热。材料筛选的结果，因此仍需通过装机测试来检验。团队将金刚石铜散热器装上芯片，满载散热性能却没有达到目标。
团队最终发现问题出在材料之外。芯片产生的热量进入散热器之前，还要穿过封装结构中的多层材料。金刚石铜提高了散热器自身的导热能力，却无法消除这些中间界面带来的热阻。距离最终交付仅剩约六个月，团队把攻关重点转向芯片与散热器的连接方式。
直封芯片攻关：五十天跨过焊接工艺难关
为了缩短热量传递的路径，团队舍弃处理器传统的金属上盖，减少中间导热介质，让金刚石铜散热器与芯片裸片直接焊接。原先四层的热阻路径由此压缩到两层。散热器更靠近芯片，热量需要跨过的材料界面更少，但芯片封装和散热器装配流程也必须随之改变。
首先遇到的难题是焊接。首轮尝试后，散热器与芯片之间产生大量气泡。气泡形成的空洞会使对应区域的传热能力变差；即使散热器本身导热性能优异，接合面上的空洞仍会挡住热量。X光扫描显示了焊接层的空洞分布，也让这项直封方案的量产难题变得清晰。
团队没有现成的焊接参数可以照搬，所用设备也需要针对这一工艺开发。每轮试验后，除了调整焊接环节，原本在PCB焊接后检查的相关项目还要重新核查。一次结构改动，牵动了前后相接的制造工序。
样件在生产与焊接环节之间流转，同样消耗时间。为了加快迭代，团队成员白天完成生产，夜里亲自乘卧铺将样件送往焊接厂，每轮争取约一天，累计抢回近一个月。在剩余约六个月的交付时间里，焊接工艺攻关用了约五十天。经过二十余次参数调整和反复检测，团队终于锁定焊接参数。X光检查显示，焊接层的气泡数量显著减少，散热器直封芯片达到了预期效果。
金刚石铜解决散热器的导热问题，去掉金属上盖缩短芯片到散热器的路径，焊接工艺则保证两者之间形成可靠的传热界面。材料、结构与制造工艺一同过关，这项改进才能从测试样件进入可重复制造的计算节点，为后续整机柜液冷系统提供芯片近端的散热基础。
从“超级工程”走向全场景："按需择术"的全栈液冷方案
热量从芯片传出后，仍需由整柜系统排走。曙光8000选择相变浸没液冷应对超高密度部署；对于建设条件不同的机房，液冷方案也须随之变化。
曙光数创从冷板液冷起步，形成C7000与新一代”极智”冷板方案、C70002.0风液混冷、C7000-F相变间接液冷和C8000相变浸没液冷，覆盖中密到兆瓦级超高密场景。配套冷板组件、CDU、管网及模块化机房，覆盖部件到整体交付；选型须”因地制宜、按需择术”，匹配机柜功率、改造条件与运维要求。
存量机房改造及单柜30至100kW的主流智算场景，可选冷板液冷。曙光数创2015年推出国内首款量产冷板式液冷产品，“极智”方案则以模块化设计兼容主流服务器，便于部署。2023年，在国内首次推出的C7000 2.0风液混冷方案，风冷精密空调与液冷 CDU 共用同一套一次侧自然冷却大环网，不再分开两套冷源，简化管路、自控、运维，风液换热比例可灵活调节，适配新建机房场景。此外，曙光数创还在国内首次产品化了相变间接液冷方案，以非水冷媒配合强化沸腾、微纳米多孔流道换热，换热热阻降低15%，最高支持单柜100kW。
曙光8000所面对的十万卡超高密度部署，采用C8000 V3.0相变浸没液冷。按曙光数创资料，这是全球首个已规模落地的兆瓦级相变浸没基础设施整体解决方案，支持单柜超过900kW、散热能力超过200W/cm2。
结尾：国之重器让十万卡集群服务科研一线
曙光8000上线首周，日均处理应用需求超过15万个，单日峰值超过50万个，应用场景由约100类扩充至400类。在科研应用中，清华大学团队利用这套集群运行黄河水沙模型，探索更精细的泥沙运动与河道变化模拟；气象数值预报系统则将全球5公里分辨率、未来10天的预报计算缩短至1小时。这些成果依靠计算、存储、网络及应用优化共同实现，散热与供电基础设施也须在高负载下保持可靠。
曙光8000将材料、封装、液冷与供电协同，验证了十万卡集群持续运行所需的基础设施能力。而冷板、相变间接和浸没等路线，使曙光数创能够把技术积累用于不同密度、不同建设条件的算力项目。面向国家级算力平台，全栈液冷的价值，最终体现在稳定、可持续的算力供给中。
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