Mit dem explosionsartigen Wachstum der KI-Rechenleistung und der kontinuierlichen Erhöhung der Leistungsdichte von Rechenzentren kann herkömmliche Luftkühlung den Wärmeableitungsbedarf nicht mehr decken. Flüssigkeitskühlung ist mit ihren Vorteilen effizienter Wärmeableitung, Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung unverzichtbar geworden. In der Flüssigkeitskühlung ist der Wettbewerb zwischen Kühlplatten und Immersion besonders hart. Dieser Artikel analysiert die Vor- und Nachteile der beiden Technologien hinsichtlich technischer Merkmale, Anwendungsszenarien, Wirtschaftlichkeit und Zukunftstrends und untersucht ihre zukünftigen dominierenden Richtungen.

1-Vergleich der technischen Eigenschaften: Kühlplatten bieten hohe Kompatibilität, Tauchkühlungen höhere Wärmeableitungseffizienz

a. Kühlplatten-Flüssigkeitskühlung: Ein „Reformer“ mit reibungslosem Übergang.

Hohe Kompatibilität: Die Serverstruktur muss nicht wesentlich verändert werden. Die Lösung ist mit der Infrastruktur bestehender luftgekühlter Rechenzentren kompatibel, mit geringen Umbaukosten und kurzen Zykluszeiten.

Hohe Sicherheit: Das Kühlmittel kommt nicht direkt mit elektronischen Komponenten in Kontakt, das Risiko von Leckagen ist gering und kann durch modulare Bauweise (z. B. Schnellwechselkupplungen und redundante Leitungen) weiter reduziert werden.

Hohe Reife: Die Kühlplattentechnologie ist beispielsweise im Alibaba Cloud Qiandao Lake Data Center und in Kooperationsprojekten mit Intel weit verbreitet und deckt 90 % des aktuellen Marktes für Flüssigkeitskühlung ab.

Einschränkungen: Kühlplatten können nur einige Hochleistungskomponenten (wie CPU und GPU) abdecken, die restliche Wärme wird weiterhin durch Luftkühlung abgeführt. Der PUE-Wert liegt üblicherweise bei 1,1–1,2 und ist damit etwas höher als beim Tauchkühlungstyp.

b. Immersionsflüssigkeitskühlung: Ein „Innovator“ mit effizienter Wärmeableitung

Bei der Immersionsflüssigkeitskühlung wird der Server vollständig in isolierendes Kühlmittel getaucht, wodurch die Wärme durch direkten Kontakt vollständig abgeführt wird. Zu den wichtigsten Vorteilen zählen:

Extreme Energieeffizienz: Die Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten ist 20- bis 30-mal höher als die von Luft, der PUE-Wert kann bis auf 1,05 sinken, und die Wärmeableitungseffizienz ist mehr als dreimal so hoch.

Platzsparend: Das Kühlsystem benötigt nur ein Drittel des Volumens einer Luftkühlung, und die Leistungsdichte eines einzelnen Gehäuses kann über 50 kW erreichen. Dies eignet sich ideal für hochdichte Szenarien wie KI-Supercomputing.

Leise und umweltfreundlich: Es werden keine Lüfter benötigt, der Lärm wird um mehr als 90 % reduziert, und es entsteht keine Staubbelastung, was die Lebensdauer der Geräte verlängert.

Herausforderungen: Für die Immersion sind maßgeschneiderte Server erforderlich, die Kosten für Kühlmittel betragen bis zu 60 % (z. B. fluorierte Flüssigkeit), die Anfangsinvestition ist hoch und die Umweltverträglichkeit muss verbessert werden.

2-Differenzierung der Anwendungsszenarien: Mittel- und kurzfristige Cold-Plate-Systeme dominieren, langfristiges Potenzial für Immersions-Systeme wird freigesetzt

a. Cold-Plate-Systeme: Kostengünstige Lösung für Bestandsumbau und IDC-Neubau

Renovierung alter Rechenzentren: Cold-Plate-Systeme lassen sich schnell an die bestehende luftgekühlte Architektur anpassen, mit kurzen Umbauzyklen und kontrollierbaren Kosten. Beispielsweise reduziert die modulare Lösung, die Intel und Bih gemeinsam entwickelt haben, die Implementierungsschwierigkeiten durch standardisiertes Cold-Plate-Design.

Szenarien mit mittlerer und hoher Rechenleistung: Cold-Plate-Systeme unterstützen bereits 130–250 kW Leistung pro Gehäuse (z. B. NVIDIA B-Serie GPUs) und erfüllen damit die meisten KI-Trainingsanforderungen.

b. Immersions-Systeme: Ultimative Lösung für Supercomputing und grüne Rechenzentren

Ultrahohe Rechenleistung: Die Gehäuseleistung der nächsten Chipgeneration (z. B. der NVIDIA Rubin-Serie) wird 1000 kW überschreiten, und Immersions-Systeme werden die einzig praktikable Lösung sein.

Anforderungen an die Einsparung grüner Energie: Der PUE-Wert von Immersionskühlungen liegt bei etwa 1,05, und die Abwärmerückgewinnungseffizienz erreicht 90 % (wie beispielsweise bei der Lösung von Lenovo), was der Zielvorgabe „Dual Carbon“ entspricht.

c. Aktuelle Marktsituation

Kühlplatten dominieren den aktuellen Markt: Im Jahr 2025 machen Kühlplatten 80–90 % des Marktes für Flüssigkeitskühlung aus, während Immersionskühlungen weniger als 10 % ausmachen. Darüber hinaus wurden standardisierte Schnittstellen entwickelt (wie beispielsweise das OCP-Kühlplattendesign von Intel), und Lösungen von Herstellern wie Inspur und Sugon sind hochkompatibel. Das inländische Projekt „East Data West Computing“ fordert einen PUE-Wert von ≤ 1,25 für neue Rechenzentren, und Kühlplatten sind für den Übergang zur bevorzugten Wahl geworden.

Der Immersionstyp ist einsatzbereit: Die Phasenwechsel-Immersionslösung C8000 von Sugon Digital erreicht einen PUE von 1,04, und das Rechenzentrum „Kirin“ von Alibaba Cloud überprüft die Machbarkeit der einphasigen Immersion. Hochleistungschips wie die NVIDIA B200 GPU (1000 W+) erzwingen Immersionsanwendungen, und die Rechenleistungsdichte der Flüssigkeitskühlung steigt um 30–50 %. Die EU plant, fluorierte Flüssigkeiten im Jahr 2028 zu verbieten, und die inländische Forschung und Entwicklung von Kühlmitteln auf Kohlenwasserstoff-/Silikonölbasis (wie beispielsweise die „Kunlun“-Serie von Sinopec) beschleunigt sich.

3 – Autoritative Meinung PK

Kühlplatten-Fraktion: Kühlplatten sind der „Eisbrecher“ der Flüssigkeitskühlung und werden in den nächsten fünf Jahren noch 80 % des wachsenden Marktes für Flüssigkeitskühlungen ausmachen. Immersionskühlung muss warten, bis der Stromverbrauch des Chips den kritischen Punkt durchbricht.

Immersions-Fraktion: Phasenwechsel-Immersion ist die ultimative Form der Flüssigkeitskühlung, Kühlplatten nur eine Übergangslösung. Sobald der Stromverbrauch eines einzelnen Chips 800 W übersteigt, ist Immersion die einzige Wahl.

Neutrale Fraktion: Die Differenzierung der technischen Ansätze spiegelt die Schichtung des Rechenleistungsbedarfs wider. Kühlplatten dienen dem „östlichen Datenverkehr“, Immersion dem „westlichen Computing“. Die parallele Entwicklung wird das Hauptthema der nächsten zehn Jahre sein.

4 – Branchenchancen und -strategien

Kosten- und Umweltaspekt: Kühlplatten haben kurzfristige Vorteile, und Immersionskühlung muss die Kosten senken, um den Stillstand zu überwinden.

Kühlplatte: Optimierung von Materialien (Kupfer-Aluminium-Verbundwerkstoff), Verbesserung der Verarbeitungsgenauigkeit (Leckageschutz) und Förderung eines modularen und standardisierten Designs.

Immersion: Entwicklung kostengünstiger Kühlmittel (z. B. einphasige Immersionsflüssigkeit), kompatibler Gehäuse und Zusammenarbeit mit Chipherstellern zur Anpassung individueller Kühllösungen.

Technische Reserve: Erforschung von Zweiphasenströmungskühlplatten und intelligenten Überwachungssystemen (z. B. dynamische Durchflussregelung durch KI), um dem zukünftigen hohen Leistungsbedarf gerecht zu werden.

5-Schlussfolgerung

Kurzfristig (2025–2027): Kühlplatten dominieren die allgemeine Entwicklung, und die Immersionsdurchdringung steigt auf 15–20 %. Langfristig (2030+): Phasenwechsel-Immersionskühlplatten werden im Bereich hoher Rechenleistung zum Mainstream, Kühlplatten verdrängen den Markt für Kühlplatten mit mittlerer und niedriger Dichte.

Gewinner: Kühlmittelkosten, steigender Chip-Stromverbrauch und internationale Umweltschutzrichtlinien.

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