液冷成为 AI 时代下高密算力的确定性刚需
思瀚产业研究院    2026-09-08

1、 AI 服务器算力密度跃升，液冷迈入标配时代

算力密度提升倒逼散热革命，液冷技术正在从“可选项”转变为支撑算力持续发展的“必选项”。AI 大模型的复杂化推动了 GPU、ASIC 等 AI 芯片的算力飞跃，单芯片功耗（TDP）随之持续攀升。英伟达 GPU 功耗从 H100 的 700W，发展到 B200的近 1000W，再到 GB200 的 1200W，直至 Vera Rubin（VR200）的 2300W，单机柜功率密度也从传统数据中心的 4-6kW，提升至 AI 服务器机柜的 100kW 量级，传统风冷散热极限约在 30kW/柜，已触及物理极限，无法承接如此高的热流密度，叠加全球范围内数据中心能效监管日趋严格，风冷数据中心已无法满足最新 PUE（电能使用效率）要求，液冷成为唯一可行的技术路径。

冷板式（Direct-to-Chip）凭借成熟供应链与低改造成本快速占领主流市场，浸没式则以极致散热能力和低 PUE 吸引着超高密度场景的目光。按冷却液与发热器件的接触方式，液冷技术可分为直接接触式与间接接触式。直接接触式是指将冷却液体与发热器件直接接触的一种液冷实现方式，涵盖浸没式、喷淋式，散热功率上限更高、潜力更强；间接接触式以冷板式为代表，通过冷板贴合 CPU、GPU 等核心热源传导热量，冷却液不接触电子器件。当前 AI 服务器液冷仍以单相冷板式为主流，其无需改变服务器形态，兼容现有硬件架构与运维体系，供应链成熟度高，可通过CDU、集分水器、QDC 接头等实现规模化部署，是高功率 AI 机柜的主流散热方案。

冷板式液冷采用微通道强化换热技术具有极高的散热性能，目前行业成熟度较高。冷板式液冷为间接换热机制：冷板与芯片等发热器件紧密贴合，芯片热量通过热传导传递至冷板；在 CDU 循环泵驱动下，低温工质流入冷板流道，经强化对流换热吸收热量后升温；升温后的工质回流至 CDU，通过换热器将热量传递给一次侧冷却液；冷却后的工质再度进入循环，一次侧冷却液最终通过冷却塔将热量排至大气。冷板式液冷系统主要由冷却塔、CDU、一次侧/二次侧液冷管路、冷却介质、液冷机柜组成；其中液冷机柜内包含液冷板、设备内液冷管路、流体连接器、分液器等。冷板式液冷研究积累深厚，技术成熟度较高，是解决大功耗设备部署、提升能效、降低制冷运行费用、降低 TCO 的有效应用方案。

英伟达 Vera Rubin 平台延续 Blackwell 时代冷板式液冷技术路线，在此基础上将全液冷升级为整机标配。官方资料显示，Vera Rubin NVL72 采用单相温水直接液冷方案，最高支持 45℃供液温度，可依托环境空气自然冷却冷却水，显著降低对冷水机组的依赖与制冷能耗。整机实现 100%全液冷，第三代 MGX 机架搭载全新内部托盘歧管、机架 UQD08 歧管与支持 5000A 的液冷母线；计算托盘采用无线缆、无水管、无风扇的模块化设计，供电、数据与冷却液均通过盲插接口与背板对接，单托盘组装时间由 GB200 的约两小时大幅缩短至约五分钟。冷却液多采用去离子水或PG25 丙二醇基流体，闭环系统下使用寿命可达 10 年，日常维护量极低。整体来看，Rubin 未改变冷板式液冷基本技术路径，而是通过温水直冷、全液冷覆盖与模块化盲插设计，实现散热能力与部署效率的双重升级。

面向下一代超高功耗 AI 芯片，两相冷板液冷有望成为未来重要的发展方向之一。随着芯片功耗与单机机柜功率密度的不断提升，在传统 40℃二次侧供液温度下，单相冷板的散热能力已接近极限。面向未来单芯片超过 3000W 及 MW 级别 AI 机柜的散热需求，若继续采用单相液冷，则需将运行温度降至 30℃以下，这不仅导致自然冷却方式难以适用，还会使单机柜流量与管路尺寸大幅增加，进而影响数据中心液冷系统的节能性、安全性与可部署性。2026 年 3 月英伟达首席热设计专家 Ali Heydari团队于第 42 届 SEMI‑THERM 研讨会发表三篇 IEEE 收录的液冷论文，全部聚焦两相冷板式液冷。该研究为英伟达官方底层散热预研，面向下一代超高功耗 AI 芯片，有望成为下一代高功率机柜储备方案。

两相冷板技术的本质在于对相变过程的精准调控，其核心原理是借助低沸点冷却工质在密闭腔体内实现“液态-气态-液态”的循环相变，从而达到高效散热的目的。芯片运行时产生的热量经冷板壁面传导进入冷板内部，微通道结构将芯片的高热流密度热量快速传递给工质，使其在冷板内发生相变、沸腾吸热，从而显著提升换热系数并降低器件结温。产生的蒸汽在压差驱动下汇集至回液歧管，随后流向位于冷板远端的 CDU，在板式换热器中与一次侧冷却水换热，释放潜热并凝结为液体；冷凝液温度随之下降。冷凝液在泵驱作用下回流至热源区域，进入下一轮相变循环，由此构成一个封闭的循环散热回路。

两相冷板液冷技术以相变潜热替代单一显热吸热，兼具高性能与高可用性的双重价值，是当前数据中心散热领域最具潜力的升级路径。相较单相液冷，其散热效率可提升 30%–50%；相较浸没式液冷，则无需整机浸泡，冷却液用量更少、运维更便捷。然而，相变散热对工程可靠性提出更高要求：液体汽化引发的体积膨胀，要求系统具备极高的密封性与压力控制精度，否则易致漏液或气阻，既削弱散热性能又可能损伤电子元件；同时，相变过程动态变化迅疾，温控系统需具备亚毫秒级响应能力，以实时调节冷却状态、抑制芯片温度波动。密封与控制难题，正是当前行业研发突破的核心方向。

浸没式液冷是以冷却液为传热介质，将发热器件完全浸没于冷却液中的制冷形式，发热器件与冷却液直接接触完成热交换。浸没式液冷系统室外侧由冷却塔、一次侧管网与一次侧冷却液构成；室内侧则由 CDU、浸没腔体、IT 设备、二次侧管网与二次侧冷却液构成。使用过程中，IT 设备完全浸没于二次侧冷却液中，故二次侧循环冷却液须采用矿物油、硅油、氟化液等不导电液体。按热交换过程中冷却液是否存在相态变化，可分为单相浸没液冷与两相浸没液冷两类。

在单相浸没式液冷中，作为传热介质的二次侧冷却液在热量传递过程中仅发生温度变化，而不存在相态转变，过程中完全依靠物质的显热变化传递热量。CDU 循环泵驱动二次侧低温冷却液由浸没腔体底部进入，流经竖插在浸没腔体中的 IT 设备时带走发热器件热量；吸收热量升温后的二次侧冷却液由浸没腔体顶部出口流回CDU；通过 CDU 内部的板式换热器将吸收的热量传递给一次侧冷却液；吸热升温后的一次侧冷却液通过外部冷却装置（如冷却塔）将热量排放到大气环境中，完成整个制冷过程。

在两相浸没液冷中，作为传热介质的二次侧冷却液在热量传递过程中发生相态转变，依靠物质的潜热变化传递热量。其传热路径与单相浸没液冷基本一致。主要差异在于二次侧冷却液仅在浸没腔体内部循环，浸没腔体内顶部为气态区、底部为液态区：IT 设备完全浸没在低沸点的液态冷却液中，液态冷却液吸收设备热量后发生沸腾，汽化产生的高温气态冷却液因密度较小，会逐渐汇聚到浸没腔体顶部，与安装在顶部的冷凝器发生换热后冷凝为低温液态冷却液，随后在重力作用下回流至腔体底部，实现对 IT 设备的散热。

浸没式液冷在节能、密度、可靠性与噪声等维度具备显著优势，但其结构颠覆性与工程局限同样突出，是一把典型的“双刃剑”。优势方面：传热路径短、液液换热与汽化潜热换热效率高，无需压缩机制冷，可依托自然冷却与强化通风实现 PUE低于 1.13；支持单柜散热量达 160kW 的高密部署，机柜无需间隔、机房无需架空地板与冷热通道封闭；设备全浸没于液体，规避温度、振动与灰尘带来的失效风险，配合全液冷免风扇设计实现极致静音。局限方面：浸没腔体采用卧式 Tank，颠覆传统立式机架结构；硬盘、光模块、导热界面材料等器件受冷却液渗入制约需特殊选型；维护需开盖并借助机械吊臂实现设备竖直插拔，复杂度高且伴随冷却液挥发；整柜充液后重量大增，机房地板承重普遍需超过 1500kg/m²。

喷淋式液冷以重力或系统压力驱动冷却液精准喷洒至芯片级发热器件，属于直接接触式液冷，在实现 100%液冷的同时具备优于浸没式液冷的结构兼容性。系统主要由冷却塔、CDU、一次侧与二次侧液冷管路、冷却介质及喷淋式液冷机柜构成，机柜内部集成管路、布液、喷淋模块与回液系统。运行时，冷却液经 CDU 冷却后由泵送至机柜，通过分液器进入与服务器对应的布液装置，或先注入进液箱以获取固定重力势能，再驱动喷淋模块对发热器件及导热元件实施喷淋制冷；吸热后的冷却液经回液箱收集，由泵送回 CDU 完成循环。相较浸没式液冷，其节能效果略逊一筹，且同样面临冷却液渗入、器件选型受限、维护复杂与机房承重等局限，但结构颠覆性较小、改造成本更低，在高功率密度场景具备一定落地价值。

从发展趋势看，液冷技术正沿着“冷板式先行、浸没式接力”的主线梯次演进。现阶段，冷板式凭借技术成熟度与对现有服务器架构的良好兼容性占据主流，是存量改造与新建智算中心的现实首选；随着单芯片功耗和单机柜密度的持续攀升，冷板式自身也在向微通道冷板与两相冷板演进，以承接更高热流密度。浸没式凭借散热效率与能效优势，在超高密度场景持续探索，正从技术验证走向规模商用试点；喷淋式则以芯片级精准散热补充特定细分环节。整体来看，各技术路线并非替代关系，而是随功率密度梯度分层适配、长期共存。

2、 二次侧价值量占比较高，核心部件贡献主要份额液

冷系统由一次侧与二次侧构成，价值量分布主要集中于二次侧。一次侧承担室外排热，价值量占比约 30%；二次侧贴近服务器、直接负责芯片热量传导与分配，价值量占比约 70%，为液冷价值量最集中的环节。进一步拆解二次侧内部，价值量高度集中于核心部件：CDU（冷量分配单元）集成板式换热器、冗余泵组、阀门与控制系统，价值量占比约 25%，是二次侧价值量最高的单一部件；Manifold 分水歧管与快接头合计占比约 20%，实现供回液的无工具快速插拔；管路、水泵及阀门占比约 15%至 18%，冷却介质及辅材占比约 5%至 8%。整体而言，CDU 与 Manifold/快接头两大核心部件合计贡献二次侧近半价值量，凸显液冷产业价值向高壁垒核心部件集中的趋势。

（一）CDU：数据中心液冷系统的核心枢纽

CDU（冷量分配单元）是液冷系统中的核心设备，主要为二次侧工质提供冷却和循环动力并对二次侧系统进行集中控制。CDU 是由箱体结构件、热交换器、二次侧水泵、管路组件、配电控制箱及各种传感器组成，其核心作用有四：一是高效搬运热量，驱动冷却液循环，持续将服务器与 GPU 的高密度热量搬出机柜；二是实现物理隔离与系统保护，通过热交换器隔开 IT 侧内循环与冷源侧外循环，规避杂质、压力波动与泄漏风险；三是提供精准动态温控，依托传感器与控制系统按负载实时调节流量与温度；四是支持高密度部署与灵活扩展，推动单柜散热能力跃升至上百千瓦，并可按需扩容，适配不同规模算力建设。

CDU 作为液冷二次侧的“心脏”与控制枢纽，其竞争壁垒集中于控制算法、可靠性与多架构适配。算法与动态控制上，需在毫秒级响应的流量调节中融入预测与自适应能力，以应对 GPU 集群训练时的短周期热量冲击；可靠性上，面向 7×24 小时不间断运行，须依托工业级元器件、冗余泵阀电源及防漏监测实现无故障切换；架构适配层面，则要求以模块化平台兼容冷板、单相浸没乃至两相浸没等多技术路线。为匹配单柜功率跃升，CDU 正经历全面的能力升级。在换热与泵送环节，换热能力持续扩容，单台换热量不断向更高功率等级突破，以匹配单柜功率的跃升；泵技术由传统机械泵转向无密封电子泵，在降低泄漏风险的同时提升运行可靠性。在可靠性环节，循环配置由 N+1 冗余向 2N 冗余升级，通过关键部件的双重备份，确保单点故障下系统仍可满负荷运行。

（二）冷板：数据中心液冷系统的末端换热核心

冷板是液冷生态系统中真正与芯片物理接触、完成热量转移的关键组件，是液冷系统的末端热交换执行核心。冷板以铜、铝等高导热基材加工成型，内部集成微通道、鳍片及高密度流道结构，是芯片热量接入液冷循环的核心载体。工作过程中，CPU、GPU 等算力芯片产生的高密度热量经 TIM（导热界面材料）传导至冷板基板，有效填充微观间隙、降低界面接触热阻；冷却液以强制对流方式流经内部精密流道，依托大换热面积与强湍流效应高效吸收壁面热量，吸热升温后沿管路回流至 CDU。冷却液在 CDU 内完成换热降温后重新泵入冷板，形成闭环循环，其换热性能直接决定系统的芯片结温控制能力与算力释放上限。

冷板性能竞争的核心在于热容量、热通量、压力降与热阻四项指标的协同优化。热容量决定冷板的散热总量上限，当前主流产品可覆盖常规芯片散热需求，下一代方案的散热能力持续向上突破，头部先进产品已迈向更高功率层级。热通量衡量单位面积的散热能力，随着 AI 芯片热点集中度持续提升，行业不断向更高流道密度与更优结构方向迭代，散热密度呈持续攀升态势。压力降直接影响泵功耗与系统整体能效，结构更复杂的微通道方案在强化散热能力的同时会抬升流体阻力，行业始终在散热效能与运行功耗之间寻求动态平衡。热阻表征芯片至冷却液的传热效率，热阻越低则芯片结温控制越优、性能释放越充分，行业整体热阻水平随技术迭代持续下探。

（三）QDC：衔接 CDU 主管路与冷板末端的关键接口部件

QDC（快速接头）是液冷系统中连接机柜端 Manifold（歧管）与服务器节点、实现冷却液快速连通与关断的关键部件。QDC 通常由公头与母头配对使用，内置密封件、锁紧机构与导向槽，要求在不使用工具、带液带压的条件下实现不滴漏的快速插拔。其核心作用在于支撑服务器节点与冷却回路的安全热插拔，是液冷系统中最易发生漏液、也最依赖可靠性的连接点。QDC 核心壁垒集中于四点：密封可靠性，盲插下实现全工况零泄漏，插拔寿命不低于 500 次；流通性能，有限通径内实现高流量系数、低压力降；浮动补偿精度，通过多向浮动补偿装配误差；材料兼容性，长期耐受各类冷却液腐蚀。

快速接头的演进正由单一“通断零件”向高集成、智能化的系统组件升级。在插拔方式上，具备高容差补偿能力的盲插连接器（如 UQDB）正逐步取代手动接头，并向液、电、信号一体化盲插演进，实现服务器推入即同步接通；在流道设计上，AI 芯片瞬时功耗攀升推动冷却液流速大幅提升，传统 1/4 英寸接头压降过大，倒逼行业转向大通径设计，并催生电解抛光等流道“微整形”工艺以削减湍流损失；在功能属性上，快插接头通过集成 RFID 或微型压力传感器，实时感知插拔次数与密封老化程度，推动运维由被动维修向主动防御转变；在材料体系上，PFAS 监管收紧促使密封材料向无氟高性能弹性体替代，成为厂商进入欧美市场的准入门槛。整体看，QDC 竞争已从密封与通流等基础指标，延伸至集成度、智能化与材料合规性的多维较量。

（四）Manifold：承接 CDU 主管路、均衡支路流量的集配枢纽

Manifold（供回液歧管）是液冷机柜内连接 CDU 与各服务器冷板的核心分配部件，承担着冷却液“分流—汇流”的中枢职能。在结构上，其主流规格为 42U/48U/56U，截面约 40mm×40mm，长度 2.6～3m，材质多为不锈钢 304/316L，具备超强耐腐蚀与高强度特性；在接口形态上分为单排管（适配 10～30kW 机架、接口不超过 12 个）与双排管（适配 50～120kW 机架、接口不低于 16 个）两种，并通过“等长设计”确保各支路流量均匀。冷却液经 CDU 泵送进入供液主管后，通过若干分支节点分流至连接各服务器冷板的管路。待冷却液在冷板完成吸热后，再经对应节点回流并汇入回液主管，最终返回 CDU，由此形成完整的闭式循环。这一结构如同液冷回路的分流-汇流中心，确保冷却液按需精准分配至各冷板，同时高效汇集吸热后的流体，保障整个回路的有序运行。

Manifold 作为数据中心液冷系统的关键组件，正沿更高精度、更高效率、更智能化的方向加速演进。在精度与效率层面，行业通过引入先进传感器与控制系统，实现对冷却工质分配的实时监测与智能调控；通过采用新型材料与制造工艺，提升歧管的耐腐蚀性与强度。在智能化与标准化层面，模块化设计与标准化接口的推进，不断增强产品的兼容性与可扩展性，并带动 Manifold、快速接头等关键零部件的解耦交付，使不同厂商产品得以互换适配。 以英伟达 Rubin 架构为例，其配套 Manifold相较 GB300 已有显著升级：管径进一步加大，互锁球阀由一个增至两个、分别配置于顶部与底部，且不再通过软管连接、直接安装于歧管之上，以适应更高功率密度下的流量与安全冗余需求。

（五）冷却液：吸收芯片热量、循环传输冷量的传热介质

冷却液是液冷系统完成热量传递的核心工质，其选型须依据是否发生相变及具体应用场景，并满足多维度性能要求。按是否发生相变，可分为单相与双相两类：单相冷却液在循环中始终保持液态，仅靠温升带走热量，系统结构简单、兼容性高；双相冷却液则借助沸腾与冷凝的相态变化传热，散热效率更高但架构更复杂。

按应用场景，冷板式多采用去离子水或乙二醇/丙二醇水溶液，前者导热系数高、成本低，后者防冻性能优异、适用于室外低温环境；浸没式则涵盖矿物油、硅油、合成油及氟化液等，其中氟化液导热系数与绝缘性俱佳、化学惰性强，但成本较高；高功率双相场景则倾向于低沸点氟化液与碳氢化合物。理想冷却液应同时具备高比热容、高导热系数、防腐防垢等特性，以保障冷却系统的长期稳定运行。

3、 智算液冷市场持续扩张，国内产业体系加速成型

受益于 AI 服务器功耗持续抬升、单机柜部署密度不断提高，智算液冷市场正进入持续扩张的发展阶段。算力密度的快速攀升倒逼散热体系的价值定位发生重构，过去仅作为服务器配套的辅助散热系统，如今已不再是边缘配套环节，而是直接影响算力能否稳定满额释放、数据中心电费成本高低、以及集群项目能否按期交付的核心基础设施，其在智算算力体系中的战略地位正在被全行业重新定义。赛迪顾问数据显示，2025 年中国液冷数据中心市场规模达 159.8 亿元，同比增长 45.2%，2026年全球智算液冷市场规模或将突破千亿元。

AI 服务器液冷产业链呈上、中、下游清晰分层，产业竞争正由单一部件角逐向全栈散热能力升级。上游提供基础材料与核心零部件，是技术壁垒最高、利润最丰厚的环节，液冷板领域的奇宏、双鸿、酷冷至尊凭借与英伟达的深度绑定占据主导，CDU 环节由维谛等海外巨头领跑、英维克与申菱环境快速追赶，UQD 长期由史陶比尔等海外企业主导，冷却液在 3M 停产后为巨化股份、新宙邦等国内厂商打开国产替代窗口。中游负责系统集成与服务器制造，浪潮信息、中科曙光、工业富联、超微电脑等服务器厂商主导一体化方案，英维克、高澜股份等专业温控商以全链条能力突围，美的、格力等传统空调厂商亦跨界入局。下游需求主体为谷歌、亚马逊、微软、Meta 等云服务商与字节、阿里、腾讯等互联网巨头，以及移动、电信、联通等运营商。产业链竞争正由单一部件向全栈散热能力升级。