电力能耗已成为数据中心未来最大挑战，半导体设计、电信大厂及云端服务业者使用的大型云端机房，预估3年内将有4分之1比例使用液冷，液冷服务器市场规模突破500亿美元，省电跟减碳让整体数据中心营运成本大幅下滑，疯抢高价绿电背后，巨头们正拥抱液冷散热方案。

半导体大厂必用的EDA（Electronic Design Automation）电子设计自动化工作流程，必须使用大量的数据中心储存及运算力跑EDA软件，芯片设计业者为降低EDA费用，偏好超高频但低核心数处理器以降低EDA软件授权成本，而如何针对这些处理器散热，节省电费，更是半导体业者关心焦点。

根据调研机构CCID预测，服务器液冷散热方案在2019年占有率约两成，市场规模超过146亿美元，到2025年液冷普及度将提高至24%，液冷服务器产值超过500亿美元。

气冷为主流但液冷省电势力正抬头

不过，目前云端机房的主流散热技术仍为「气冷」，但气冷越来越难应付英特尔（Intel）、超威（AMD）、辉达（NVIDIA）耗电翻倍的次世代CPU及GPU，高耗电意味高碳排，并带来高电费，若为减碳买绿电则代价更为昂贵，如何兼顾高算力跟低碳，已成数据中心案主最大考验。

Supermicro（美超威）是一线服务器品牌商，正大力拥抱液冷方案。美超威主管透露，次世代数据中心一台（1U）服务器耗能将达1500~2000W，一座机柜机上看80～100KW（42～48U），但一台冷气空调能解40KW热，未来若坚持气冷散热，数据中心内很可能出现「冷气比服务器还多」的局面，由于空调耗电约占数据中心3成电力，电费自然难以下降。

故减碳前，业者往往先朝节电下手。美超威主管分享四大秘诀：一、使用钛金等级效率电源供应器（能源效率96%），而非业界的白金等级。二、利用导风罩及特殊风扇风流设计，降低5~10%耗能。三、开发高密度多节点服务器，比方四台1U服务器耗能1450W，但若把四颗处理器放在一台2U 4 Node的机台中，共享风扇跟电源供应器，总耗能可以降至1300W，节省10～15%能耗。四、则是导入液冷散热方案，由于不用风扇，自然就省电。

业者也补充，若能设计出「耐热」服务器，譬如能承受35度温度的服务器，则只要CPU跟GPU使用冷板，将热带到热交换机由冷却水塔的水带走热，其他服务器元件用气冷，但不用开冷气，更能节电。

“多数数据中心早已是水冷，冷气都是用冰水主机，而不是用冷媒。”Supermicro主管透露数据中心导入液冷很容易，机房采用混和散热或液冷散热，只要连空调主机水管即可。

浸没式液体挑战多，氟化物气体危害大

液冷又分水冷板及浸没式两大类，水冷板现在仍是液冷主力方案，业者粗估，不用气冷（冰水空调主机及风扇）就能省四至六成的电力，至于浸没式液冷方案散热效果更好，未来若GPU越来越热，也将成为不得不选择的方案，但介电液体的选择在3M宣布退出氟化物液体供应后，将出现变数。

「根据经验值，服务器在1KW以下能耗，用单相碳氢化合物（油脂类）液体就可以解热，但若1~2KW则需要用到单相氟化物液体，2KW能耗则需要双相浸没式氟化物液体。」美超威主管分享，单相是全程介电液为液态，双相浸没式液冷则是液体转气体的解热方案，散热效率不易控制，为控制气压所需空间较大，且若氟化气体逸散会影响环境甚剧。

浸没式液冷服务器是将服务器整个泡入液体中，热传到液体上，再用帮浦把热液抽送到热交换机，透过跟冷却水塔的冷水交换带走热。目前单相浸没式方案仍是主流，油脂类液体仍是业者首选，但浸没式技术仍有很多挑战，比方介电液跟各零件的化学反映需要3～5年长期检测，未来每一世代CPU材质也稍有不同，服务器业者必须跟时间赛跑，不断测试新材质。

也因此，根据调研机构预测，液冷服务器到2025年将占整体数据中心散热方案24%，但水冷板（Cold Plate）占59%主导性地位，而被质疑较多的浸没式液冷方案，占比在3年后将因技术逐渐成熟占比提升至41%，减少耗电及提高数据中心运算密度，已是半导体及云端巨头成本决战场。

编辑：芯智讯-林子   来源：technews