2025年数据中心冷却技术展望：两相液冷走向主流，混合冷却与改造市场并行

数据中心到2028年可能占美国电力负荷增长的44%，到2030年消耗高达全国供电量的9%，由此引发对其影响电力可用性和成本的担忧。美国国家可再生能源实验室（NREL）指出，数据中心电力消耗中多达40%用于冷却，因此提升冷却效率成为降低整体能耗的重要策略之一。冷却系统也是数据中心设计的核心环节，直接影响设施的开发、建设与改造方式。

2024年下半年，多家企业发布了与数据中心冷却系统相关的重要公告。这些系统用于保护高性能处理器和服务器，支撑人工智能所需的先进计算。12月，微软和施耐德电气分别发布了高效液冷系统设计，以支持功率日益提升的AI芯片。微软的水基设计采用闭环回路，消除了蒸发造成的浪费；而施耐德电气的数据中心参考设计则使用非水制冷剂。更早之前，Vertiv与Compass Datacenters展示了其“首创”的液气混合冷却系统，并计划于2025年初部署。

以下为数据中心冷却领域专家对2025年及未来趋势的展望。

两相液冷将进入主流实施阶段

根据AFCOM《2024年数据中心行业状况报告》，大多数数据中心专业人士对现有冷却方案表示不满。其中35%的受访者表示因冷却能力不足而需定期调整，20%表示正在积极寻求新的可扩展系统。

多位专家预测，数据中心开发商和运营商将越来越多地转向两相直接芯片（DTC）冷却技术以提升冷却性能。这类系统使工作流体（通常为非水制冷剂）在液态和气态之间切换，据直接芯片液冷系统设计商Accelsius称，该过程“在热量移除中发挥关键作用”。

Accelsius首席执行官Josh Claman在接受采访时表示，2025年将是两相系统的“实施之年”，随着行业对该技术日益熟悉，具备更高计算需求的先进数据中心更可能采用两相冷却。

传统空气冷却在服务器机架功率密度约70千瓦时达到物理极限——这一水平已是当前最先进AI训练设施的基准，ENCOR Advisors咨询服务副总裁Sarah Renaud表示。由于未来机架密度将更高，“两相是未来方向”，Renaud说，“它能处理更高功率密度和热通量，因此更适合AI工作负载。”

混合冷却将扩展，但供应链风险隐现

根据Chemours、Syska Hennessy Group与冷却系统设计商LiquidStack于2024年3月联合发布的研究，两相浸没式冷却在10年总拥有成本上低于直接芯片冷却或单相浸没式冷却。然而，其高昂的前期成本、传统冷却系统的长使用寿命以及数据中心内部差异化的冷却需求，意味着两相技术将在未来一段时间内与其他技术共存。

“几乎不会有新建数据中心完全采用风冷或完全采用液冷，因为并非所有应用都需要高强度液冷——想想很少访问的归档数据与生成式AI的差异，”Renaud说，“那些要求较低的机架用空气冷却更具成本效益。”

LiquidStack产品与商业赋能总监Nick Schweissguth表示，微软的闭环水冷系统“似乎与一种渐进式策略相契合”，既能满足近期需求，又“允许其基础设施在时机成熟时轻松转向直接芯片两相等先进冷却技术”。

但Schweissguth警告，数据中心运营商的混合冷却计划可能因供应链问题而复杂化，而预期中的特朗普政府关税可能使情况恶化。他特别指出，直接芯片冷却液分配单元（CDU）——用于保持处理器浸没在流体中——面临的风险尤为突出。

随着2025年CDU需求激增，“争夺直接芯片市场的公司最终将取决于其规模化生产能力以及与供应商建立牢固关系的能力，”Schweissguth说。

建筑与系统设计将演进以支撑7×24小时运行

施耐德电气创新与数据中心副总裁Steven Carlini表示，运营商对最先进AI数据中心的期望远超以往任何一代设施。早期设施的平均工作负载可能仅为总处理能力的30%至40%，而AI设施在训练模型时通常以100%容量运行数周甚至数月，因此需要更坚固、更冗余的设计。

“这消除了可变性，但你必须确保冷却系统设计能够支撑这一点，”他说。

Carlini描述了一个不远的未来：更高的机架功率密度需要更重的冷却基础设施，这给数据中心设计带来额外物理负担。例如，其团队近期参与的设计涉及“巨大”管道、“覆盖超级集群的大型钢制笼架”，或采用两层楼面布局，首层直接建于混凝土板上以承受额外重量。“所有那些水都得有地方去，”他说。

“缓慢但稳定”的改造活动

Accelsius的Claman表示，改造运行中的数据中心以适配更强大的处理器是一项巨大的技术和物流挑战，这使一些人认为新建比改造更容易。但他指出，新建建筑资源消耗显著更高，可能影响企业可持续发展目标。此外，现有数据中心往往拥有更稳定的电力供应，“这就是它们之所以位于现在位置的原因，而且它们不容易搬迁。”

根据仲量联行（JLL）2025年全球数据中心展望，运营中数据中心的大部分资产价值集中在电力供应和基础设施上，如电气、管道及其他技术系统。鉴于新开发项目获取电力的难度，这些资产尤为珍贵。因此，将现有数据中心改造为液冷等举措将“成为可行的解决方案，并成为提升资产价值的机会”，JLL展望称。

Renaud指出，Meta正在将现有数据中心转向液冷，“因为他们说‘不得不这样做’”；而托管巨头Equinix于2023年12月宣布将液冷扩展到其100个数据中心设施。

Claman预测改造将“缓慢但稳定”推进，并围绕其收益展开“更平衡的讨论”。施耐德电气也在押注这一趋势，近期与Nvidia合作发布了三套改造参考设计，帮助运营商在不重新设计设施的前提下提升性能。

Carlini表示，计算能力的快速提升意味着今天处于前沿的数据中心可能很快落后，这进一步加剧了设计同时具备风冷和液冷基础设施的挑战。“十年前，你会尝试设计超出需求的容量，然后逐步扩展，但现在你不知道该按什么功率密度来建设，”他说。

北方气候设施或获得优势

据Carlini称，即使在较新的数据中心，空气仍承担20%至30%的冷却负荷。这促使注重效率的开发商将更多设施选址在“阁楼”——行业对较寒冷北部地区的非正式称呼，Renaud和Claman表示。

“市场经常谈论‘免费冷却区’，”Claman说，指美国北部、北欧和加拿大等地区。在较冷气候下，空气冷却系统的能耗可降低多达95%，Renaud表示。“我们看到混合托管策略的趋势：不常访问的数据可存储在更偏远、更寒冷的地点，”而高访问频率的设施则继续在弗吉尼亚北部等更温暖、更成熟的数据中心枢纽运营。

寒冷气候站点也不太需要耗水的蒸发冷却系统——这类系统在温暖干燥地区常见，并引发了对数据中心环境影响的担忧，Claman说。他预测行业将转向可利用季节性免费冷却的闭环系统。“围绕抽干含水层来冷却数据中心的审查很多，”他说。