随着全球人工智能算力的迅猛增长，以及芯片热设计功耗（TDP）的持续攀升，数据中心的冷却需求正面临前所未有的挑战。与此同时，全球范围内节能降碳政策的日益严格，进一步推动了冷却技术的革新。在这一背景下，传统的风冷方案已逐渐难以满足高效散热与节能的双重要求，液冷技术因其卓越的散热性能和显著的节能优势，正迅速崛起，成为数据中心冷却方案的主流选择。服务器作为数据处理和存储的核心设备，其性能与稳定性直接关系到整个系统的运行效率。服务器的核心组件——包括主板、CPU、内存、硬盘和显卡等——在持续高负荷运作下会产生大量热量，若不能及时有效地散热，将严重影响服务器的性能和寿命。为此，先进的液冷系统被引入到服务器散热解决方案中，直接安装在主要热源如CPU和显卡上，以显著提升散热效能。

上篇：水冷块结构及工作原理

液冷系统的核心部件之一是水冷块，它通常由高导热性的铜或铝材料制成，设计有精密的水道和散热片结构。这些水冷块紧密贴合在CPU、GPU等热源表面，通过内部流通的冷却水迅速吸收并转移热量。随后，热量被输送至散热片，通过水冷系统的循环，最终将热量散发到周围空气中。

图1：主流芯片制造商芯片热功耗趋势

1-常见水冷块类型及特点

l 微通道水冷头

特点：微通道水冷头采用精密的微小水道设计，水道结构细密且复杂，能够显著增加冷却液与发热部件的接触面积，从而大幅提升散热效率。微水道设计还能够在冷却液流动过程中产生强烈的湍流效应，进一步增强对流换热系数，实现高效的热量转移。

应用场景：特别适用于高发热量的CPU和GPU，尤其在高性能计算、超频以及数据中心等对散热要求极高的场景中表现卓越。

l 大流量水冷头

特点：大流量水冷头的内部结构相对简单，通常采用铜板或蚀刻凹槽设计，制造成本较低。其核心优势在于依靠高速水流快速带走热量，适合搭配大流量的水冷系统使用。虽然结构简单，但其高效的散热能力使其成为性价比极高的选择。

应用场景：适用于对散热效率有一定要求但预算有限的场景，例如中高端的DIY电脑系统或中小型服务器集群。

l 喷射型水冷头

特点：喷射型水冷头通过导流板将冷却液从狭小的喷嘴高速喷射到微水道底板上，形成强烈的湍流效应，显著提升散热效率。这种设计不仅增加了冷却液与底座的接触面积，还通过高速流动进一步优化了热交换性能。

应用场景：适用于高性能CPU和GPU，尤其在高散热需求和高流量场景中表现突出，例如超频计算、人工智能训练以及图形渲染等领域。

2-水冷块一般结构

水冷块是一个内部留有水道的金属块，通常由铜或铝制成，与CPU、显卡或其他发热不见接触，其结构设计直接决定了散热性能的优劣，典型的水冷块通常由以下几个关键部分构成：

l 底座，通常由高导热材料，如铜或铝合金，表面经过精细加工，以确保与发热部件的紧密接触。底座内部设有复杂的流道设计，以增加冷却液与底座的接触面积。

l 盖板，与底座一起形成流道密封腔，保护水冷块内部的流道、密封等组件，防止灰尘、杂质和外界物理损伤。

l 进出水口，进出水口是冷却液进出水冷头的接口，一般设计在水冷头侧面或顶部，要确保冷却液能够顺利的流入流出，其位置设计需要考虑流体的流动路径，以减少流阻，提高冷却液流动速度。

l 扣具，扣具是将水冷头牢固地固定在CPU或其他发热部件上，确保紧密基础，实现高效热传导。

图2:水冷块典型构造

3-散热性能综合优化

l 流道设计优化

增加流道接触面积：通过设计更窄、更密集的流道，可以显著增加冷却液与底座的接触面积，从而提高对流换热系数。例如，微水道设计通过其细密的水道结构，微通道水冷块的设计参数（如通道宽度、高度、间距）对其散热效率具有决定性影响：随着通道宽度的减小，换热系数显著增加,得益于窄通道内冷却液流动的湍流效应增强，从而提高了热交换效率；较高的通道高度有助于增加冷却液的流动空间，从而提升换热性能；较小的通道间距能够增加冷却液与热源的接触面积，从而提高散热效率。

还可以通过优化流道布局及减少流道弯道进行优化：合理的流道布局能够确保冷却液均匀覆盖发热部件的表面，减少局部温差。而流道中的弯道会增加水头损失和内部流阻，从而降低冷却效率。在设计中应尽量减少弯道数量，若无法避免，则需将弯道设计为圆滑过渡，以降低压降并优化流动性能。

l  高导热材料：水冷块的底座通常采用纯铜或铝合金等高导热材料，这些材料能够高效地将热量从热源传导至冷却液，从而提升整体散热性能。

l 结构参数优化,如：底座基板厚度、Fin片、扰流结构等。基板厚度的增加会导致最高温度上升，因此在设计中需要在散热效果与结构强度之间找到最佳平衡点；通过增加肋片的高度、厚度和间距，可以提升散热性能，但同时也会增加流阻，找到最佳的肋片设计组合，从而实现散热性能的最大化。扰流柱的形状能够有效增强湍流效应并提升热交换效率。

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