随着今年ChatGPT模型的风靡，各大科技企业对于AI未来应用的探索热情达到了前所未有的高度。AI产业的发展、训练模型向推理模型的发展，对算力的要求逐步升高，即对CPU和GPU的性能有更高的要求。高性能带来高功耗，高功耗导致高散热，而工作温度每提高1℃，带来的都是性能的降低和用电量的提升。然而，传统风冷和冷板散热技术已不能满足算力发展所带来的散热要求，数据中心逐渐迎来了散热瓶颈。可以说谁掌握了散热技术，谁就掌握了打开算力瓶颈的关键。
图1：CPU、GPU的TDP变化趋势
图2：液冷经济线及算力密度与液冷的关系
（图片来源：第11届数据中心标准大会）
另一方面，发改委、工信部等四部门印发的最新文件要求到2025年，大型、超大型数据中心PUE值降到1.3以下，而液冷可将PUE值降低至1.1左右，达到政策要求。对于企业来讲，低PUE意味着能耗指标、电力资源获取方面的优势，也意味着更低的运维成。
国家和地区政策对于数据中心PUE值的要求也催促着数据中心的进化。
图3：数据中心PUE相关政策和要求
（图片来源：第11届数据中心标准大会）
而应对这两项挑战的有效解决方案之一是浸没式液冷技术，浸没式液冷也因此成为了当前行业内最热门的话题之一。
图4：单相浸没式液冷工作原理示意图
浸没式冷却是液冷技术中的一种。相比于传统的散热方式如风冷和冷板，浸没式有如下显著优势：
1高效散热：浸没式液冷的冷却效率远远高于风冷，可有效降低PUE。
2节能增效：PUE的降低，运行温度的稳定可有效的节省电量，避免超负荷运行，提高了服务器的运行效率。
3静音低噪：整个液冷系统中，仅有循环水泵及干冷器的低频风扇有微弱的噪音，故可达到静音机房的效果。
4节约空间：相比于风冷，浸没液冷机箱可以大幅减小行间距，提高存放密度，节约空间。
浸没式液冷分类根据冷却液在使用过程中是否发生相变，浸没式液冷主要分为单相液冷和相变液冷。两种类型各有所长，需根据实际应用场景选择。它们的区别如下：单相液冷在单相浸没式液冷系统中，所选用的冷却液沸点通常高于100℃，这一温度高于服务器正常运行时的最大温度，因此在循环散热过程中，冷却液一直保持液态而不发生相变。电子元件直接浸没在冷却液中，热量从电子部件传递到液体中，随后通过循环泵将热的冷却液传递到热交换器，经过冷却后重新回流至冷却装置，继续吸收热能。整个过程形成循环往复，有效地实现了电子设备的高效冷却。单相冷却液的优点是在密闭体系中挥发流失较低，不需要频繁补充冷却液，与电子元器件兼容性比较好，可维护性高，但相对于相变式液冷其散热效率要低一些。相变液冷相变液冷，又称为双相液冷。所选用的冷却液沸点较低，在相变液冷系统中，冷却液在循环散热过程中经历了相变，冷却液吸收了电子元件的热量，引起沸腾产生蒸汽。这些蒸汽在容器内的热交换器（冷凝器）上冷凝，释放热量，将热量传递给循环流动的冷却水，而自身重新变回液态，回流到系统中参与下一轮“液—气—液”的循环。相变液冷的优点在于其传热效率非常高，而缺点是对容器的密封性和操作有一定要求。这是因为相变过程中，冷却液蒸发为气态过程中会发生逸散，所以对容器的密封性有一定的要求，需要一个正压或者负压的环境来保证气密性。对操作的要求则在于补充液体或者更换器件时需要事先泄压/排液。浸没式冷却液产品现状浸没式冷却液作为浸没式液冷中的“核心科技”，在浸没式冷却体系中发挥着举足轻重的意义。目前市场上的浸没式冷却液种类较多，使用哪种冷却液也成为了行业普遍关心的话题。
冷却液需要具有绝缘、高导热性、低凝固点、高闪点、对结构材料无腐蚀性等特性。目前在浸没液冷领域受关注的冷却液主要有：碳氢类、有机硅类和氟碳类化合物。
1有机硅类（Organosilicons）硅油在缺乏氧气的应用场景表现有良好的耐温性、稳定性和接触安全性。硅油具有较低的表面能和粘度，可以很好的浸润接触表面及被循环泵驱动，但相应对密封的要求较高。高沸点的硅油具有一定的闪点，需要根据应用要求配置相应防爆设施和安全监控措施。还要注意对极端状态的控制，及对分解产物的毒性影响，配置相应监控和液体过滤措施。同时挥发后也有一定的残留物，需要额外的清洗处理。
2碳氢化合物（Hydrocarbon）碳氢化合物冷却液价格相对低廉，沸点高、不易挥发，对环境友好，但传热能力有限，因此适用于一些本身就耐高温的设备，如高压电器设备，但对于不耐高温的数据中心等设备而言，使用场景较为有限。此外，碳氢类冷却剂由于具有闪点，存在可燃助燃的风险，在使用中需要谨慎处理。
3氟碳化合物（Fluorocarbon）氟碳化合物被业内统称为氟化液，这是将碳氢化合物中所含的一部分或全部氢换为氟而得到的一类有机化合物，这一类化合物普遍具有良好的综合传热性能，可以实现无闪点不可燃的特性。此外，氟化液具有良好的化学惰性，与各种材质的电子元件相容性好，并且具有良好的运动粘度，在温控系统中可以很好的流动散热。目前，氟化液被广泛认为是最适合用于数据中心液冷系统。目前常见的碳氟化合物的包含氢氟醚（HFE）、全氟聚醚(PFPE)及全氟烯烃等类型。·全氟聚醚(PFPE)全氟聚醚拥有很低的介电常数，从技术指标层面，可满足理想浸没式冷却的要求。担该类化合物的GWP值一般大于5000，具有强温室效应。·氢氟醚(HFE)氢氟醚(HFE)的温室效应影响较小，对臭氧层无破坏，而且在电子设备的冷却中具有良好的性能。但其通常具有较高的介电常数，和电子元器件直接接触时对信号传输影响较大。因此氢氟醚主要用于对介电常数要求不是很严苛的领域。·全氟烯烃(PFO)全氟烯烃冷却性能好，无毒，和材料相容性好，并且ODP和GWP值极低，可以满足相关环保指标要求。此外，该类化合物沸点跨度比较大，可针对不同的使用领域选择不同沸点的含氟传热流体，满足单相和双相浸没式冷却的需求。由于之前供应链的缘故，市场普遍认为氟碳类化合物成本较高，但近年来，得益于技术的进步和产能的提升，氟碳类产品的价格已大幅下降。
宇极全氟碳浸没式冷却液
12月12-14日，第十八届中国IDC产业年度大典（IDCC2023）在北京国家会议中心隆重举行。大典以“算力进化 数字开物”为主题，聚焦算力产业热点话题，共同探讨数字经济的发展方向和未来趋势。
在此次大典上，上海宇极赛氟科技有限公司的全氟碳浸没式冷却液首次亮相，成为全场焦点，备受大会参与者的关注。
图5：嘉宾在宇极展台前观看、询问产品信息
本次IDC上海宇极赛氟将氟化液的应用场景直接搬到了展位，将家用电脑的主板、CPU、内存、电源等元件去掉风扇后直接浸没于全氟烯烃类氟化液中进行展示。经过多日的运行，散热稳定，硬件温度正常，主机正常运行。
图6：宇极展位的浸没式液冷装置
