随着运行速度加快且发热量增大,冷却已成为一项更为紧迫的挑战。液冷系统是为冷却数据中心、电动汽车、工业设备及其它高速高功率应用采取的重要策略。

热管理是当今高速电子系统面临的最紧迫挑战之一。随着单芯片上的晶体管数量持续指数级增加、数据传输速率不断提升、尺寸不断缩小或系统集成度日益提高,热量也随之同步增加。这种热量会导致液冷系统中组件提前出现性能退化,进而对系统性能构成威胁。同时,这也使得必须增设专门用于冷却运行环境的辅助系统,其采用的冷却策略包括散热片和风扇等。
另一种正日益受到关注的解决方案是液体冷却系统。该液冷系统通过专用连接器,利用冷却剂(通常为去离子水、水-乙二醇混合液或介电流体)在封闭回路中循环流动,将来自CPU、GPU、电池组或功率电子模块产生的热量传递至散热器、热交换器或冷却分配单元(CDU),从而实现热量的散发。在该回路中的每一个节点处均会使用液体冷却连接器。
液体相较于空气具有显著的热传导优势。水的导热效率远高于空气,这使得液冷技术能够支持更高的功率密度。此外,液冷系统通常运行更安静、能效更高。然而,液冷技术也带来了泄漏的可能性,对附近的电子设备构成严重威胁。液冷基础设施的前期资本成本也较高,并增加了机械复杂性,需要更多的连接点和组件。

Amphenol工业液体冷却连接器
Amphenol工业液体冷却连接器(UQD/UQDB/BMQC/LQC/MQD/SHQD)采用航空航天级密封材料制造,并配备双向截断阀和干式断开装置,可有效防止意外泄漏或滴漏。
Amphenol Industrial Operations公司美洲区高级产品经理Ty Yesensky说:“数据正持续不断地通过高性能AI数据中心及其它高能耗环境进行传输。这些系统需要采用能够持续处理其不断产生之高热负荷的集成液冷方案。液冷连接器不得阻碍冷却剂的流动。Amphenol的液冷连接器可满足AI数据中心、高性能计算环境、储能系统以及电动汽车(EV)充电系统的热管理需求。”
Amphenol LTW公司的全球液冷业务负责人Alan Sundo表示:“数据中心高功率需求是冷却策略的关键驱动力。我们正在解决的问题是数据中心产生的热量,尤其是在人工智能技术兴起的背景下。AI确实消耗了大量电力,其功耗约为过去的三倍。因此,Snap QD的作用就是尽可能多地散发这些热量,这可以通过让流体流经设备或连接器来实现。如果无法有效散发这些热量或未能最大限度地进行热传递,就会导致大量停机,GPU可能会烧毁,而这种情况会带来极大的损失。采用液冷技术可以避免这一问题,因为它能在特定时间内吸收大量的热量。”
液冷连接器在工业和液压应用领域已存在数十年,但过去几年间,由于工业自动化、数据中心及电动汽车等领域的计算密度加速提升与人工智能集成的推进,其外形结构发生了剧变。将液冷技术适配于原本采用风冷设计的设施,相较于从零开始进行设计,会带来更大的干扰并耗费更高的成本。在未来数据中心中,新型机架架构正围绕液冷技术展开设计,尽管最新一代连接器确实使得在热插拔场景下对液冷系统中的连接器进行升级或更换成为可能。
液冷连接器几乎均采用快速拆卸式接头,以便液冷技术人员能够快速、便捷地连接或断开管线,同时防止冷却液溢出或空气进入循环回路。许多此类连接器还配备有阀门机构,当连接中断时,该机构可自动密封,从而使液冷技术人员能够在无需排空系统或避免冷却液滴落至附近电子元件的情况下,更换液冷系统服务器或冷板。
液冷连接器在这些系统中的日益广泛应用,推动了标准化工作的优先发展。Open Compute Project的Universal Quick Disconnect(UQD)规范,以及OCP的Open Rack V3架构所定义的盲接头连接器要求,为数据中心运营商提供了跨制造商的通用接口标准。然而,尽管已有诸如 UQD 这样的标准化,液冷连接器市场仍处于碎片化状态,存在多种竞争设计并广泛流通。

Molex Multi-Channel Liquid Cooled Busbars
Molex多通道液冷母线将液冷技术延伸至电源主干网络,为承载更高电流的AI机架提供更均匀的散热效果。
Molex公司功率与信号业务部门(PSBU)副总裁兼总经理Kevin Alberts表示:“直接至芯片冷却技术目前已成为计算领域的标准配置,但要使人工智能真正实现规模化发展,我们还必须解决电源路径的热管理难题。”该公司推出的多通道液冷导线可帮助维持稳定的电气性能,并有效降低系统温度,且不会显著增加机架的占地面积。
虽然液冷系统设计通常采用单通道结构,但Molex母线则采用多通道流体路径,可将冷却剂分配至多达七条独立通道。这种液冷系统设计能有效减少热点和热应力,同时提升高电流下的电气性能稳定性。该产品的设计符合 OCP ORv3标准。
液冷技术还可集成至其它组件中,例如Bel公司的TLP5000系列液冷高功率三相AC-DC转换器。该AC-DC转换器专为在极端工况下运行的工业系统而设计,如大功率激光切割机、绕线机及纺纱厂。其内部集成了液冷系统与内置冷却板,从而无需使用风扇,并能显著提升可靠性、热效率及产品使用寿命。此外,该转换器还可在国防、工业自动化及其它严苛工况环境下稳定运行。

Bel公司TLP5000 产品系列
工业与医疗业务发展经理Fabio Luconi表示:“向液冷技术的转型正使新型高功率系统能够在传统解决方案难以胜任的环境中可靠运行。通过TLP5000系列产品,我们不仅简化了液冷系统集成流程,还为工程师提供了满足下一代工业应用所需的可扩展性与液冷技术控制能力。”
该系列产品采用CAN总线通信技术,可实现实时监控、控制及故障诊断。采用热插拔连接器,保障液冷系统运行稳定性。由于这些连接器均配备防漏密封结构,可有效防止液体渗入系统内部,因此在进行维护或更换时,无需对整个液冷系统进行完全停机。 |