AI基础设施——液冷散热

1.什么是液冷？

随着人工智能、高性能计算等技术的快速发展，数据中心的服务器功率密度持续攀升，传统风冷（用风扇吹风散热）已难以满足GPU、AI芯片这种高功耗芯片的散热需求，而液冷技术可有效解决散热瓶颈。

液冷是一种用冷却液直接或间接为电子设备散热的技术。与风冷依赖空气对流不同，液冷利用液体作为传热介质，其导热效率是空气的数十倍，这使得它能够应对风冷难以解决的极高热流密度问题。在AI服务器和高性能计算集群中，单个芯片的功耗已突破数百瓦，传统风冷不仅需要庞大风道和高速风扇，还会在机柜内形成难以消除的热区，导致芯片因过热而降频，直接影响算力输出。而液冷通过精准接触或整体浸没，可直接从热源表面带走热量，散热路径短、效率高，能保障芯片持续满负荷运行。同时，液冷系统大幅降低了风扇能耗和噪音，其整体功耗可比风冷降低30%-50，电费成本低得多。在空间利用上，液冷支持更高的机柜功率密度，相同空间可部署更多算力，显著提升了数据中心的能效和经济性。随着芯片功耗持续攀升，液冷已从增强选项转变为高算力场景下的必要基础设施。

目前全球数据中心散热市场中，风冷仍是主流，约占90%以上份额。液冷技术正快速渗透，占比约5%-10%，在新建的高性能数据中心中比例更高。在中国，随着“东数西算”工程推进及PUE政策限制，液冷市场增速显著高于全球水平。

2.液冷系统是怎么工作的？

液冷系统的基本原理是利用液体循环将服务器产生的热量带到室外。具体流程上，1是吸热，冷却液流经服务器发热部件（CPU/GPU等），吸收热量。2是输送，升温后的冷却液通过管道被泵送至换热设备。3是散热，热量在室外通过冷却塔、干冷器等设备散发到大气中。4是循环，降温后的冷却液重新回到服务器端，开始新一轮循环。在服务器内部，液冷通过两种主要方式实现，1是冷板式，在CPU、GPU等发热大的芯片上安装金属冷板，内部有流道，冷却液在流道内流动时带走热量，此时其他发热小的部件仍用风冷辅助。2是浸没式，将整个服务器浸泡在绝缘冷却液中，液体直接接触所有电子元件，通过自然对流或泵驱动循环散热。

通过以上液冷工作过程，可以简单概括数据中心典型液冷系统的主要组成：1是冷板/浸没舱，用来直接接触散热部件，带走热量。2是冷却液，常见的有去离子水、矿物油、氟化液等，要求不导电、不腐蚀、化学性质稳定。3是管路与接头，负责把冷却液安全、不漏地送到每个该冷却的地方，就像建筑的水管系统。4是室外冷却装置，相当于散热器，把带着热量的冷却液降温。可以是冷却塔（利用水蒸发散热）、干冷器（用空气吹）等。5是循环动力系统，主要是水泵，推动冷却液在整个系统里循环。6是监控与控制系统，监测温度、流量、压力，自动调节，保证系统稳定高效运行。整个过程可以简单理解为，冷却液在服务器端吸热→变成热水→被泵到室外散热→变回冷水→再泵回服务器端吸热，如此循环。

3.液冷系统的产业链结构如何？

上游是零部件与材料供应商，提供液冷系统所需的原材料和核心部件，比如前面提到的冷板、冷却液、管路接头、水泵、压缩机、换热器、阀门、冷却塔等。

中游是液冷系统集成，这是产业链的核心，负责设计、生产、集成完整的液冷解决方案，或者生产液冷服务器，包括液冷机柜、CDU（冷却液分配单元）、液冷服务器、整体集成解决方案。重点说一下CDU，它就是管冷却液怎么循环、温度多少、流量如何的指挥总部，无论是冷板式还是浸没式，核心都是CDU来控制整个冷却系统。CDU主要负责三大指挥任务，1是调度与动力，它内置的水泵为整个管路网络提供压力，指挥冷却液按设计路线循环流动，确保冷却液能到达每一个需要冷却的部位。2是状态监控与调节，通过众多传感器（温度、压力、流量、液位）实时掌握冷却液的状况，然后进行调节，确保输送给服务器的冷却液温度恒定。3是应急与保护，一旦传感器发现异常（如漏液导致压力下降、流量异常、温度超标），它会立即报警，并可以自动执行应急预案，如关闭阀门、启动备用泵或安全停机，防止事故扩大。可以说，CDU是整个数据中心液冷系统的心脏，是产业链最关键的环节。

下游是应用方与最终用户。液冷系统的使用者主要是需要建设或改造数据中心的企业，像阿里、腾讯、字节等云计算公司，三大电信运营商，还有政府、高校及科研机构的数据中心等等。

4.芯片的热量怎么能更快的传递给冷板？

在AI芯片、CPU等高功率芯片内部，热量产生非常集中，会形成局部高温热点，如果源源不断的热量无法及时快速地传给冷却液，就会影响芯片的性能和可靠性。热量从芯片内部传到外部冷却液，需要经过芯片内部、外壳、导热界面材料、冷板等多层材料，每一层都有热阻，如同关卡。那怎么能进一步提高传热效率呢？

金刚石，化学成分就是碳。但这种碳不一样，它是已知导热最猛的材料，是铜的5倍、硅的20倍。用金刚石制作芯片的基板、封装外壳（热沉），或作为导热界面材料，相当于打通了最关键、最拥堵的关卡，让热量传递一路畅通，大幅降低芯片的核心温度。前端导热效率提升了，就意味着同样的冷却液能带走更多的热量，或者达到同样的冷却效果所需的能耗更低，整个液冷系统的能效比更高了。目前，金刚石散热最主流的集成方式是作为热沉（顶盖），将一块金刚石加工成片状，直接贴合在芯片封装外壳上，再与液冷冷板结合。

2026年，被业内称为“培育钻石散热商业化元年”。英伟达新一代高端GPU，直接把培育钻石热沉片列为标配。紧接着Akash Systems也推出了搭载AMD GPU的AI服务器，同样用金刚石散热。2025年10月，商务部、海关总署对超硬材料实施出口管制，清单几乎把半导体加工离不开的金刚石制品一网打尽，战略意义重大。黄河旋风是全球质量最稳定、品种最齐全的超硬材料制造商，主营培育钻石及工业金刚石，产品应用于国家战略领域。目前已成功开发多晶金刚石热沉片，导热性能达国际水平，虽尚未量产，但标志功能性金刚石进入商业应用阶段。

5.有哪些相关标的？

6.小结

随着单芯片功耗的持续攀升和“东数西算”等国家工程的推进，液冷从“可选项”变为“必选项”的趋势已不可逆转。其与金刚石散热等先进材料科学的结合，将进一步释放性能潜能。投资液冷赛道，本质上是投资AI基础设施的下一代底座，前景具备高确定性和高成长性。