数据中心到2028年可能占美国电力负荷增长的44%，到2030年消耗该国电力供应最高达9%，这引发了对美国电力可用性和成本的担忧。根据美国国家可再生能源实验室的数据，数据中心高达40%的用电量用于冷却，因此提高冷却效率成为降低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，直接影响这些设施的开发、建造和改造方式。

2024年下半年，与数据中心冷却系统相关的多项重要公告相继发布。这些系统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，以支持日益强大的AI芯片。微软的水基设计采用闭环运行，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。2024年早些时候，维谛技术和Compass Datacenters展示了其“首创”的液气混合系统，并预计于2025年初部署。

以下是数据中心冷却专家对2025年及未来趋势与发展的观察。

两相液冷技术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当前冷却解决方案表示不满。35%的受访者表示因冷却能力不足而定期进行调整，20%的受访者正在积极寻求新的可扩展系统。

许多数据中心冷却专家预测，开发者和运营商将越来越多地转向两相直接芯片冷却技术，以提升冷却性能。这类系统通常使用非水制冷剂作为工作流体，在液态和气态之间切换，据直接芯片液冷系统设计商Accelsius称，这一过程“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”，数据中心专业人士将逐渐熟悉该技术。Claman指出，计算需求更复杂、更高级的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密度达到约70千瓦时触及物理极限，这一密度是当前最先进AI训练设施的基准水平，ENCOR Advisors咨询服务副总裁Sarah Renaud表示。该公司是一家服务于数据中心客户的商业房地产公司。

由于未来机架密度将更高，“两相是未来方向，”Renaud说，“它能处理更高的功率密度和热通量，意味着更适合应对AI工作负载。”

混合冷却方案将扩展，但供应链风险隐现

根据科慕公司、Syska Hennessy集团和冷却系统设计商LiquidStack于2024年3月发布的研究，两相浸没式冷却为数据中心运营商提供的10年总拥有成本低于直接芯片冷却或单相浸没式冷却。但专家表示，其高昂的前期成本、传统冷却系统的长使用寿命以及单个数据中心内冷却需求的差异，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的对比，”Renaud说，“那些要求较低的机架可以用空气冷却，成本效益更高。”

微软的闭环水基冷却系统“似乎与一种渐进式策略相契合”，支持其近期需求，同时“允许其基础设施在时机成熟时轻松转向先进冷却技术，如直接芯片两相冷却”，LiquidStack产品与商业赋能总监Nick Schweissguth表示。

但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，而预期的特朗普政府关税可能使问题恶化，Schweissguth说。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——面临的风险尤其突出。

随着2025年CDU需求激增，“争夺直接芯片冷却市场的公司最终将取决于其大规模生产能力和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持全天候运行

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几代设施。早期设施的工作负载可能在总处理能力的30%或40%之间波动，而AI设施在训练模型时通常以100%容量运行数周或数月，这要求更坚固和冗余的设计，Carlini说。

“这消除了可变性，但你必须确保冷却系统设计能够支持这一点，”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的物理要求。例如，他团队最近参与的设计涉及“巨大”的管道，配有“覆盖超级集群的大型钢制笼子”，或采用两层楼面布局，第一层与混凝土板齐平以承受额外重量。

“所有那些水都必须有地方去，”他说。

一名技术人员在浸没式冷却槽中检查数据中心服务器。
专家预测，开发者和运营商将越来越多地采用两相直接芯片冷却技术（如图所示）——该技术使工作流体在液态和气态之间切换——以提升冷却性能，据冷却系统设计商Accelsius称，这一过程“在热量移除中发挥关键作用”。
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“缓慢但稳定”的改造活动即将到来

Accelsius的Claman表示，对运行中的数据中心进行改造以适应更强大的处理器是一项巨大的技术和物流挑战，这导致一些人认为新建更容易。但他指出，新建建筑资源消耗显著更高，使企业可持续发展目标复杂化。现有数据中心通常拥有更强大的电力供应。“这就是它们所在位置的原因，它们不容易迁移，”他说。

根据仲量联行2025年《全球数据中心展望》，运行中数据中心的大部分资产价值在于其电力供应和基础设施，如电气、管道和其他技术系统。鉴于新开发项目获取电力的挑战，这些资产尤其宝贵。因此，将现有数据中心过渡到液冷等改造措施将“成为可行的解决方案和增加资产价值的机会”，仲量联行的展望称。

Renaud指出，Meta正在将其现有数据中心过渡到液冷，“因为他们说‘必须这样做’”，而托管巨头Equinix在2023年12月表示将把液冷扩展到其100个数据中心设施。Claman预测改造将“缓慢但稳定”推进，并围绕其益处展开“更平衡的讨论”。施耐德电气也押注这一趋势，最近与英伟达合作发布了三个改造参考设计，帮助数据中心运营商在不从头重新设计设施的情况下提升性能。

Carlini表示，计算能力的快速增长意味着今天处于前沿的数据中心可能迅速落后，这进一步加剧了设计同时具备空气和液冷基础设施的设施的艰巨挑战。

“十年前，你会尝试设计超出需求容量的数据中心并逐步扩展，但现在你不知道该按什么功率密度来建设，”他说。

北方寒冷气候地区可能获得优势

Carlini表示，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”——行业对较寒冷北方地区的非正式称呼，Renaud和Claman说。

“市场经常谈论‘免费冷却区’，”Claman说，指的是美国北部、北欧和加拿大。

在较冷天气下，空气冷却系统的能耗可能下降高达95%，Renaud说。“我们看到混合托管策略的趋势，即不需要频繁访问的数据可以存储在更偏远和更寒冷的位置，”而高访问频率的设施则继续在更温暖、更成熟的数据中心枢纽（如北弗吉尼亚）运营，她说。

Claman表示，寒冷气候站点也不太可能需要耗水的蒸发冷却系统，这类系统在温暖干燥气候中常见，并引发了对数据中心环境影响的担忧。他预测将转向能够利用季节性免费冷却的闭环冷却系统。

“围绕抽干含水层来冷却数据中心存在很多审视，”他说。