破局冷却互连难题！安费诺创新方案直击新一代数据中心与 AI 应用挑战！
来源：Amphenol(安费诺)
发布时间：2025-07-09
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随着数据中心和AI应用的性能不断提升，它们所需的电力越来越多，现有的空气冷却技术在提高冷却效率方面的进展无法支持这一电力需求的增长。在某些应用场景中，AI模型训练对每个机架的功耗要求增加到100千瓦以上，其中仅风冷风扇就占到服务器功耗的15%。为了提高冷却能力并减少长期资本支出，市场正在寻求替代空气冷却的方法。液体冷却和浸没式冷却可用于AI和高性能计算架构中的所有组件，包括XPU、存储和网络。
Dell'Oro Group报告称：“从2024年下半年开始，液体冷却将成为主流。在未来五年（2024-2028年）内，市场机会总额将超过 150亿美元。”为支持这一新兴且快速增长的市场，安费诺公司开发了兼容液体冷却和浸没式冷却等替代技术的新一代产品系列。
液体冷却
液体冷却利用水或其他流体更强的导热性，其冷却效果是空气的3000倍。冷媒液体通过主动或被动热交换器循环流动。这些交换器通常安装在机架的后面。在工作站和台式游戏应用中，液体冷却的成功应用使数据中心架构师在机架层面开始实施液体冷却，以去除全部或部分设备架的热量。
液体冷却还可以有选择地在芯片或组件级实施，直接针对主要发热组件，通过单相冷板或两相蒸发装置去除多余热量。这些冷却技术能够去除目标组件产生的约70-75%的热量，其余的热量则依赖于传统空气冷却设备来去除。
高性能计算和AI应用的发展是推动液体冷却技术应用的主要因素。同时，可插拔铜质和光学IO模块的功耗超过了MSA规定的限制，因此需要为前面板可插拔外形尺寸机架提供更有效的冷却方法。传统的空气冷却散热器被液体冷却冷却板取代，这些冷却板直接接触每个可插拔模块的顶部表面，从而有效地维持合理的工作温度。
安费诺针对前面板可插拔模块的液体冷却解决方案提供了适用于1x8组合的OSFP和2x8组合及堆叠配置的QSFP-DD，从而实现更高的交换密度。这些机架符合相应的MSA规范，并与市场上通用的OSFP和QSFP-DD产品兼容。
浸没式冷却
在浸没式冷却中，组件、服务器或整个机架都浸没在导热介质中，这种介质比空气或水更高效。机架级的浸入式冷却技术能够去除传统空气冷却风扇和系统的需求，同时也能够消除对单独空气冷却和液体冷却系统不断增加的需求，从而简化数据中心的基础设施和维护工作。
浸没式冷却可以大幅简化冷却基础设施，减少冷却设备，提高能源效率，降低电力使用效率（PUE）。大多数数据中心的PUE在1.6到1.9之间，而浸没式冷却的PUE可低至1.01。研究人员正在研究浸没式冷却方法，这种方法可以将电力和计算密集型AI集群和高性能计算网络的功耗降低70%。
在单相浸没式冷却中，所选冷却液具有高沸点，并在整个运行过程中保持液态。冷却液环绕设备，并在上升到顶部时被虹吸掉。加热后的液体通过热交换器冷却，然后返回浸没式冷却进气口。
两相浸没式冷却利用低沸点的冷却液体，并利用液体转变为气体的相变来捕获多余的热量。气体被捕获并通过冷凝线圈冷却后以液态形式返回系统。
浸没式冷却为互连设计人员带来了许多挑战。必须单独评估浸没式冷却液对连接器和PCB材料的潜在影响。长期浸没在碳氢化合物或硅基流体中可能会导致PCB复合材料、金属镀层、焊点、电缆绝缘层或粘合剂等多种材料的腐蚀或降解。
传统的连接器设计利用空气的介电特性进行阻抗控制。用市场上的各种浸没式冷却液代替空气会大大影响整个连接器的有效介电特性，从而影响其信号完整性。在仿真中，介电常数为Dk=1.0的浸入液（下图红色部分）最能模拟空气（Dk=1.0）（蓝色部分）中的目标性能，而Dk为1.8（绿色部分）、2.6（紫色部分）和3.4（黄色部分）的浸没液在差分阻抗、回波损耗和插入损耗方面的性能越来越差。因此，原本在空气中性能出色的高速互连系统，必须进行重新设计，以适应浸没在介电流体中的环境，从而在更高频率下保持优越的信号完整性。
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