液冷

作為一種更高效的熱管理方案，正在成為AI時(shí)代數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵“降溫武器”。

本文將帶你走進(jìn)液冷世界，探索浸沒(méi)式液冷在數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，以及是德科技如何用測(cè)量科技，為這場(chǎng)“冷靜革命”提供堅(jiān)實(shí)支撐。

浸沒(méi)式液冷發(fā)展歷程與應(yīng)用現(xiàn)狀

浸沒(méi)式液冷是最徹底的液冷方案，將整臺(tái)服務(wù)器乃至整個(gè)機(jī)柜完全浸泡在絕緣冷卻液中，實(shí)現(xiàn)所有元件同時(shí)冷卻。浸沒(méi)冷卻因其極高的傳熱效率和對(duì)超高功率密度的支撐能力，近年來(lái)受到了極大關(guān)注。

進(jìn)入2020年代，隨著AI算力激增，浸沒(méi)液冷開(kāi)始在超算中心和云計(jì)算數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)部署。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)已有多個(gè)浸沒(méi)液冷項(xiàng)目落地，包括國(guó)家超算深圳中心二期；互聯(lián)網(wǎng)公司等均建設(shè)了浸沒(méi)液冷機(jī)柜集群。微軟曾試驗(yàn)將雙相浸沒(méi)冷卻應(yīng)用于其Azure服務(wù)器，Meta和谷歌也投資相關(guān)研發(fā)。隨著標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)和成本下降，浸沒(méi)液冷正迎來(lái)加速增長(zhǎng)拐點(diǎn)。

冷卻液類(lèi)型

冷卻液是浸沒(méi)式液冷的核心。單相浸沒(méi)液體主要分為四大類(lèi)：

烴類(lèi)：如礦物油、合成烴等。

氟化液：含氟有機(jī)液體，介電性能極佳且不燃。

天然酯類(lèi)：由植物油提煉的酯類(lèi)，如菜籽油基絕緣液。

合成酯類(lèi)：人工合成的酯類(lèi)冷卻液。

雙相浸沒(méi)目前主要使用氟化液工質(zhì)，因?yàn)樾枰头悬c(diǎn)且絕緣的液體。

冷卻液關(guān)鍵電氣特性

根據(jù)OCP《浸沒(méi)式冷卻液體基礎(chǔ)規(guī)范》（2022），對(duì)用于浸沒(méi)液冷的液體提出了關(guān)鍵參數(shù)要求：

?介電強(qiáng)度 > 6 kV/mm（保障絕緣性）

?介電常數(shù) (Dk) ≤ 2.3（20MHz–40GHz頻段）

?介質(zhì)損耗因子 (Df) ≤ 0.05（20MHz–40GHz頻段）

?體積電阻率 > 1×10^11 Ω·cm

(注：Dk越接近1越接近空氣，Df越低電介質(zhì)損耗越小。上述要求旨在減小液體對(duì)高速信號(hào)的電氣影響。)

浸沒(méi)式液冷挑戰(zhàn)與問(wèn)題

盡管前景誘人，浸沒(méi)式液冷的大規(guī)模應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)：

1技術(shù)工程挑戰(zhàn)：

相比傳統(tǒng)方案，浸沒(méi)液冷在工程實(shí)施上要克服很多新問(wèn)題。例如，液槽密封與防漏設(shè)計(jì)、液體蒸發(fā)損耗控制、服務(wù)器插拔和維護(hù)便利性、液體老化和更換周期等。

2材料和化學(xué)兼容性：

絕大多數(shù)現(xiàn)有服務(wù)器元件（PCB板材、芯片封裝、接插件、膠黏劑等）最初并非針對(duì)長(zhǎng)期泡在化學(xué)液體中設(shè)計(jì)。即使液體不導(dǎo)電，其對(duì)材料的相容性仍是隱患。例如某些塑料、密封膠可能被液體溶脹或析出物質(zhì)污染液體；接插件長(zhǎng)時(shí)間浸液也可能加速腐蝕或老化。這需要對(duì)服務(wù)器選材進(jìn)行調(diào)整，并建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試（OCP規(guī)范中要求檢驗(yàn)液體對(duì)典型材料的影響）。

3電氣兼容性與信號(hào)完整性：

這是浸沒(méi)液冷區(qū)別于風(fēng)冷的最大挑戰(zhàn)之一。液體介質(zhì)的介電常數(shù)εr約在1.8~2.2，比空氣的~1.0高出近一倍。電子元件工作在介電環(huán)境改變后，其高頻電氣特性會(huì)發(fā)生明顯變化。例如PCB走線和連接器原本按空氣介電常數(shù)設(shè)計(jì)，浸入液體后特征阻抗會(huì)降低（約降10Ω以上），導(dǎo)致信號(hào)反射增大、帶寬下降。這在高速數(shù)字信號(hào)（如PCIe Gen5/6、112G PAM4鏈路）上表現(xiàn)為回波損耗變差、串?dāng)_和插損增加，信號(hào)眼圖裕度縮小。研究表明，PCIe 5.0（32Gbps NRZ）在空氣和液體中基本性能相當(dāng)，而PCIe 6.0（64Gbps PAM4）在液體中誤碼率可能相比空氣增高兩個(gè)數(shù)量級(jí)！這意味著在浸沒(méi)環(huán)境下高速鏈路更容易出現(xiàn)誤碼，需要額外的均衡（DFE/FFE）和信號(hào)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4安全與政策：

液冷引入新材料和安全考慮。例如一些液體可燃或具溫室氣體屬性，造成消防和環(huán)保顧慮。法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)需更新以覆蓋液冷設(shè)施的消防規(guī)范、泄漏應(yīng)急、廢液處理等。

5液體管理與維護(hù)：

5.1 過(guò)濾與純化

冷卻液長(zhǎng)期循環(huán)會(huì)夾帶銅屑、焊料微粒與塑化劑；必須配置 1–5 μm 線繞濾芯或離心分離器，并定期監(jiān)測(cè)水分(<50 ppm)與酸值 (TAN) 以延緩老化。

5.2 電性參數(shù)漂移

隨著溫度-氧化-污染累積，液體 DK/DF 會(huì)偏離初值并影響高速鏈路，需要在線采樣或使用射頻探頭校驗(yàn)，并在閾值外及時(shí)更換。

標(biāo)準(zhǔn)化與測(cè)試方法（DK/DF電性參數(shù)及標(biāo)定）

行業(yè)正在制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法來(lái)保障互操作性和性能。一大重點(diǎn)是冷卻液的關(guān)鍵電氣參數(shù)（介電常數(shù)DK、介質(zhì)損耗DF）的測(cè)試與標(biāo)定方法。

OCP在《浸沒(méi)式液體基礎(chǔ)規(guī)范白皮書(shū)》中提到了是德科技的射頻探頭法：

是德科技Keysight N1501A介電探頭套件和N1500A材料測(cè)試軟件，配合矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量材料在高頻下的復(fù)介電常數(shù)。

該測(cè)試方法是將探頭浸入被測(cè)液體，由網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量液體的S參數(shù)并計(jì)算DK和DF，頻率范圍覆蓋200MHz至50GHz。這是一種寬頻測(cè)試方法，也是OCP推薦用于液冷液體介電測(cè)量的方法。其優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬，適用產(chǎn)品全生命周期，包括設(shè)計(jì)、質(zhì)檢等。

提到是德科技射頻探頭法方案

為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，ODCC在《浸沒(méi)式冷卻液關(guān)鍵電性參數(shù)標(biāo)定方法研究》提出使用Keysight高端矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（如N1501A）精確測(cè)量冷卻液的介電常數(shù)與介質(zhì)損耗，以確保數(shù)據(jù)中心浸沒(méi)式液冷技術(shù)的可靠性與互操作性。

針對(duì)浸沒(méi)式冷卻液 DF 數(shù)值在 0.01以下的超低損耗測(cè)量，業(yè)界已開(kāi)始引入兩種補(bǔ)充測(cè)試方案，是德科技正與合作伙伴保持密切協(xié)同，并已借助儀器做測(cè)試驗(yàn)證。

使用是德科技的材料測(cè)試儀器測(cè)試材料性能和測(cè)量介電特性

是德科技提供豐富的材料能測(cè)試解決方案，包括測(cè)試方法和建議、儀器、夾具以及軟件，它們能夠幫助高效、有效地表征被測(cè)材料的電氣和電磁（EM）特性。通過(guò)準(zhǔn)確表征材料特性，為研究人員提供關(guān)鍵信號(hào)，幫助打造下一代技術(shù)和產(chǎn)品。

相較于風(fēng)冷，液冷對(duì)材料相容性、電氣性能和系統(tǒng)可靠提出了更高的技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是浸沒(méi)式液冷，雖具強(qiáng)大散熱潛力，但在液體介電特性、電氣兼容性等方面仍需持續(xù)攻關(guān)。

是德科技憑借在高頻信號(hào)測(cè)試、材料介電測(cè)量、電氣可靠性驗(yàn)等方面的領(lǐng)先技術(shù)，構(gòu)建了完整的液冷測(cè)試方案，已被 OCP、ODCC 等國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)組織推薦，成為推動(dòng)液冷產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的力量之一。

Keysight AI（KAI）整體解決方案

除了電源能效這塊，是德科技今年推出了Keysight AI（簡(jiǎn)稱(chēng)?KAI），是面向 AI 數(shù)據(jù)中心推出的端到端測(cè)試與驗(yàn)證架構(gòu)，覆蓋從預(yù)研、設(shè)計(jì)、測(cè)試到部署運(yùn)營(yíng)的全生命周期。通過(guò) KAI，用戶可以在部署前對(duì) AI 集群進(jìn)行全棧驗(yàn)證，優(yōu)化硬件設(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，提高系統(tǒng)性能，并顯著縮短上線周期。

KAI 包括四大模塊：

1Compute：驗(yàn)證 DDR、PCIe、CXL等高速數(shù)字接口設(shè)計(jì)，確保物理層信號(hào)完整性與合規(guī)性，輔以誤碼率測(cè)試、示波器分析等工具支持高速AI芯片開(kāi)發(fā)。

2Interconnect：針對(duì)高達(dá)1.6?Tbps速率的光/電互聯(lián)通道執(zhí)行全面測(cè)試，包括224?Gb/s通道級(jí)別驗(yàn)證，以保障信號(hào)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

3Network：基于真實(shí)AI訓(xùn)練（LLM）流量執(zhí)行 workload emulation，通過(guò) AresONE 等流量生成儀模擬 RoCEv2/RDMA，評(píng)估網(wǎng)絡(luò)延遲、尾部時(shí)延和擁塞瓶頸，提高集群 job completion time 性能。

4Power：分析功耗效率與電源完整性，幫助優(yōu)化數(shù)據(jù)中心能源管理與熱穩(wěn)定性。

是德科技致力于推動(dòng)數(shù)據(jù)中心從風(fēng)冷邁向液冷、從傳統(tǒng)走向智能，協(xié)助行業(yè)客戶構(gòu)建更高效、更安全、更環(huán)保的算力基礎(chǔ)設(shè)施。從冷卻液介電性能測(cè)試到系統(tǒng)信號(hào)完整性驗(yàn)證，再到全面的AI數(shù)據(jù)中心測(cè)試架構(gòu)——KAI平臺(tái)，是德科技正在以專(zhuān)業(yè)力量，守護(hù)每一瓦能耗、每一個(gè)比特的數(shù)據(jù)流動(dòng)。

隨著產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同推進(jìn)和測(cè)試體系逐步完善，液冷將在未來(lái) 5–10 年加速進(jìn)入數(shù)據(jù)中心與邊緣算力中心。屆時(shí)，“服務(wù)器泡在液體里”將不再是科幻場(chǎng)景，而是綠色高效計(jì)算的新常態(tài)。

關(guān)于是德科技

是德科技（NYSE：KEYS）啟迪并賦能創(chuàng)新者，助力他們將改變世界的技術(shù)帶入生活。作為一家標(biāo)準(zhǔn)普爾 500 指數(shù)公司，我們提供先進(jìn)的設(shè)計(jì)、仿真和測(cè)試解決方案，旨在幫助工程師在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中更快地完成開(kāi)發(fā)和部署，同時(shí)控制好風(fēng)險(xiǎn)。我們的客戶遍及全球通信、工業(yè)自動(dòng)化、航空航天與國(guó)防、汽車(chē)、半導(dǎo)體和通用電子等市場(chǎng)。我們與客戶攜手，加速創(chuàng)新，創(chuàng)造一個(gè)安全互聯(lián)的世界。