支撑大语言模型、生成式AI及智能体AI等下一代技术的大型数据中心，正面临日益严峻的环境挑战。

"必须采取强力措施，"微软研究团队在《自然》期刊发表的最新论文中指出，"但若不能全面理解新技术对环境的影响，企业将难以规划实现减排目标的路径。"

研究表明，液冷技术展现出显著潜力。这些先进的冷却方案可降低15%至82%不等的温室气体排放、能源需求及水资源消耗。

冷板式液冷 VS 浸没式液冷

根据科学碳目标倡议(SBTi)要求，到2030年需减排42%温室气体才能实现净零目标，将全球变暖控制在1.5摄氏度以内。美国能源部数据显示，数据中心单位面积能耗是传统办公建筑的10-50倍，2020年消耗全球约1.5%（300太瓦时）的电力，且这一数字预计将持续增长。其中冷却系统能耗可占数据中心总能耗的40%。

微软团队采用生命周期评估(LCA)方法，全面衡量云数据中心冷却技术从建设、设备运行到退役处理的全过程环境影响。这种"设计即可持续"的分析框架，重点评估了冷板（直接接触式）、单相浸没和双相浸没三种液冷方案。

冷板冷却通过在芯片等发热元件上安装金属板，让冷却液循环直接带走热量。

然而，通过浸没式冷却，服务器被完全浸没在充满液体的水箱中，这种液体能够吸收产生的全部热量。单相冷却通过对流将热量从硬件传递到液体中，液体通过泵被推送到服务器中，然后被排出冷却，再返回；双相冷却则使用沸点较低（30至50摄氏度）的液体来移除热量，使其汽化；随后，蒸汽被送到冷凝器线圈中重新冷凝成液体，并返回到水箱中。

实验数据显示，相较传统风冷：

• 冷板方案减少15-16%温室气体、15%能耗及31-50%用水；

• 单相浸没降低13-16%温室气体、15%能耗及45-80%用水；

• 双相浸没削减20-21%温室气体、20%能耗及48-82%用水。

研究特别指出，当液冷系统采用100%可再生能源时，因清洁能源本身耗水较少，节水效益可再提升13%-48%。

技术方案的优劣权衡

各类冷却技术各具特点。微软研究发现，冷板系统最便于现有设施改造，能提供强劲的芯片级散热且无需重构整体基础设施。"但风冷系统仍是耗电大户，"研究人员强调，"且冷板系统的铜质组件需在每个IT更新周期随服务器一并更换。"

单相浸没方案在环境效益与系统复杂度间取得平衡，其成本低于双相系统。但该技术需使用易燃碳氢油类，可能需配套新的安全规范。双相浸没虽能实现最优的能效与水效，却依赖含全氟/多氟烷基物质(PFAS)的合成制冷剂——这类难降解化合物存在健康风险，正面临欧美日益严格的监管审查。

部署复杂度方面，双相浸没更适合高密度新建场景；冷板技术是改造项目首选；单相浸没则适用于中等密度新建数据中心。总体而言，液冷技术通过降低冷却开销、提升服务器密度，实现单位面积算力提升与单工作负载基础设施成本下降，同时降低故障率、延长设备寿命，减少维护更新支出。

值得注意的是，这些技术尤其适合AI工作负载的高功耗高密度需求，支持超频（突破CPU出厂时钟频率限制）与紧凑机架部署，从而提升数据中心容量。"经过优化的冷板或单相浸没方案可实现与双相近似的性能，使三种液冷技术都具有吸引力，"论文指出。

决策考量要素

微软团队提出多项液冷技术采纳建议。首要步骤是开展全面的环境健康安全评估及全生命周期影响分析。"通过涵盖软件、芯片、服务器、机架、冷却槽及流体的数据中心生态系统分析，决策者能准确识别减碳节水机会。"

早期对接流体供应商与监管机构也至关重要，需明确化学成分、处置方案及合规风险，同时评估社会经济、社区与商业影响。具体环境指标方面，应选择臭氧消耗潜能值(ODP)趋零的工质，避免氢氟烃或二氧化碳；严格评估流体粘度、可燃性、挥发性；优先选择生物蓄积性低、陆生/水生毒性弱的介质。

投入运营后，需持续监测服务器寿命与故障率，根据实际性能调整设备更新周期。"冷却技术决策还需考量上市时间、监管与供应链环境、技术复杂度及实施成本等综合因素，"研究人员补充道。