在现代计算技术快速发展的推动下,芯片的算力持续提升,伴随而来的是功耗大幅增加和大量废热的产生。传统空气散热已渐渐无法满足尖端芯片和大型数据中心的散热需求,液冷技术因此成为众多企业和科研机构重点发展的方向。Hot Chips 2025大会不仅是硬件架构的展示平台,同时也成为液冷创新技术的聚集地,众多企业在展会上展示了他们在液冷冷板及相关组件方面的最新研究成果和商用方案。液冷冷板是液冷系统中关键的部分,其设计直接影响热量传导效率和整个系统的稳定性。此次展出的众多冷板设计出人意料,不仅在材料选择上兼顾效率与重量,还在水流布局与喷射技术上做出了突破。水流微喷头技术成为展会焦点。
与传统的微鳍片阵列不同,微喷头技术通过将冷却水以小孔喷射的形式直接送达芯片热点区域,实现更精准和高效的散热。该技术依托精密的流道设计,将冷水均匀分配,确保芯片核心部件获得即时降温。Alloy Enterprises在展会中展示了MI350X水冷块的早期原型机,其内部通过多层结构的设计将水流从顶端歧管引入,水流经中间层的小孔形成微喷头,直接作用于冷板表面,而底层则与芯片直接接触。此设计充分利用微喷头覆盖面积,使热量迅速带出,同时通过底部接口将热水导出至外围换热器。Jetcool公司的"SmartLid"水冷块则更进一步,采用非均匀布置的微喷头,确保水流直接喷射至处理器的热点区域,而非整片均匀喷水。这种差异化设计与芯片热分布相匹配,极大提高散热效率。
实际上,"SmartLid"省略了传统冷板和热界面材料,直接水喷射至硅芯片表面,极大提升了热传导效率。这种设计虽引起业界部分担忧,但仍展示了液冷技术的大胆创新与进步。值得注意的是,这种微喷头极为细小,需要借助内置LED进行可视化,方便检测孔位和验证分布效果。虽然目前这种技术更适合于大规模服务器端应用,如AI训练服务器,而非多样化的消费级PC硬件,但随着应用成熟,未来普及可能性不容忽视。在材料选择方面,液冷冷板普遍采用铜和铝两种金属。铜因其高导热性被广泛应用于散热需求极高的组件,但其高质量和重量成为运输和安装时的挑战。
铝质冷板则在重量和成本方面拥有优势,适合航空等对轻量化有严格要求的环境,但铝的抗腐蚀性较差,寿命相对有限。展会上展示的MI300系列铝质冷板设计轻巧,且加入了温度传感器的切口位置,可实现对关键区域温度的实时监控。Jetcool则为MI300系列带来了铜质冷板,同时配备了多点接触垫,为GPU周边关键芯片提供精确制冷支持。展会还展示了基于Nvidia GB200和GB300平台的液冷系统设计。GB200系统采用两块B200 GPU和一颗Grace CPU的串联冷却方案,冷却液依次流经两个GPU及CPU,充分考虑到AI训练负载中的热工况特征。铜质冷板的平整性和精加工表面保证了良好的传热效率。
GB300服务器则配备灵活橡胶管道和硬铜管的混合液流系统,兼顾冷却效率与系统密封性。其水冷部件表面带有类似电容触摸传感器的纹理,推测用于泄漏检测,提升系统使用安全性。值得关注的是,当前液冷技术多以冷却功率最高的GPU和NVswitch芯片为重点,其他元器件通常采用风扇辅助的被动空气冷却策略,体现出液冷技术与传统风冷的合理配合。从宏观角度看,AI计算热需求的激增使得液冷技术成为数据中心热管理的核心。以Meta Catalina项目为例,单个机架部署18个计算托盘,每托盘包含两块B200 GPU和两颗Grace CPU,整体功耗高达93.5千瓦。AMD的MI350液冷系统则实现了128个MI355X GPU的高密度封装,单个机架功耗接近180千瓦。
Google的Ironwood TPU超级集群功耗更是达到千万瓦级。如此规模的热量释放,对冷却技术提出了前所未有的挑战,推动液冷技术持续革新。液冷解决方案不仅要考虑高效热传导,还需平衡成本、重量、维护便捷性和系统安全性。展会上展示的完整液冷系统,具备自成一体的水泵、散热器和水冷块组件,可无缝集成现有数据中心架构,规避建筑级水冷改造的复杂性,为普及液冷技术开辟了新的路径。未来,随着AI和大数据应用的不断深入,液冷将成为数据中心不可或缺的基础设施。同时,液冷的精细化设计理念,如热点定位微喷头、直接水冲芯片表面等技术创新,也有望逐步向消费级硬件渗透,引领个人电脑散热新时代。
此外,节能与环境保护成为液冷技术发展的另一重要驱动力。通过高效回收利用芯片废热,甚至将其转化为建筑供热资源,实现能源的闭环利用,液冷技术不仅提升了计算性能,也回应了可持续发展的时代需求。总体而言,Hot Chips 2025液冷展览不仅展示了业界最前沿的技术突破,更折射出液冷技术融合多学科创新的巨大潜力与广阔发展前景。从微喷头工艺的精细化设计,到系统集成的智能化优化,每一项创新都预示着计算行业散热格局的深刻变革。未来,液冷技术将持续引领高性能计算走向更加高效、绿色和智能的新纪元。 。
