过去三年，全球超大规模数据中心的冷却技术路线正在发生根本性转变：两相液冷（Two-Phase Liquid Cooling）。

Google 在俄勒冈州的 AI 集群采用两相冷板，整柜 PUE 降至 1.08；Microsoft Azure 宣布 2026 年起新采购服务器必须支持两相接口；而最令人瞩目的是——日本，这个以高可靠性著称的市场，已率先实现两相液冷在 CPU 和 GPU 场景的双重落地。

2025 年底，三菱重工（Mitsubishi Heavy Industries, MHI），并投入商业运行。该系统可稳定支持 1000W+ 超高功耗 GPU，采用绝缘氟化液直接接触芯片表面，通过沸腾相变高效散热，整机功耗较风冷降低 30% 以上，PUE 可压至 1.05 以下 [1]。

与此同时，在中国市场，冷泉能控作为少数公开披露规模化商用案例的两相冷板供应商，已支持 NVIDIA H100/A100 集群连续满载运行，实测 PUE 1.08–1.12 [2]。其技术路径虽与日美略有不同，但同样聚焦于安全、可靠与部署普适性。

本文将从热力学本质、国际实践、技术挑战与工程权衡四个维度，系统解析两相液冷为何成为全球共识，并探讨其在中国规模化落地的关键路径。

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一、两相液冷的技术本质：相变换热为何不可替代？

要理解两相液冷的优势，需回到基础热力学。

单相液冷依赖显热换热：

q=m˙cp(Tout−Tin)q=m˙cp​(Tout​−Tin​)

以水为例，即使温升 10°C，每公斤仅带走约 42 kJ 热量。

而两相液冷利用汽化潜热：

q=m˙vaphfgq=m˙vap​hfg​

典型氟化液（如 HFE-7100）的 hfg≈130 kJ/kghfg​≈130 kJ/kg ，单位质量换热效率高出 3 倍；更重要的是，所需流量仅为单相的 1/10–1/20，泵功大幅降低。

更关键的是，核态沸腾（Nucleate Boiling）。在沸腾平台期，壁面温度仅略高于饱和温度（ΔT ≈ 5–15°C），且热流越高，汽泡生成越密集，换热自动增强——这种自适应能力，对 AI 芯片动态负载场景至关重要。

但系统也有物理极限：当热流密度过高，蒸汽膜覆盖表面，换热骤降，即 CHF（Critical Heat Flux）。一旦超过 CHF，芯片将瞬间过热。因此，任何实用化两相方案，都必须确保工作点远离 CHF 边界，并留有足够安全裕度。

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二、国际与中国实践：从日本双轨到中国落地

1. 日本：CPU 与 GPU 双路径并行

• 富士通 + NTT（2024）：在神奈川投运常压两相冷板数据中心，HFE-7200 工质，重力回流，PUE 1.11 [3]。
• 三菱重工 + EXEO（2025）：推出 Direct-to-Chip 两相 GPU 服务器，支持 >1000W，PUE ≤1.05 [1]。

日本路径清晰：高可靠性优先，常压运行为主，本土供应链闭环。

2. 中国：冷泉能控实现 两相冷板产品规模化部署

在国内，尽管华为、浪潮、阿里云等厂商已布局液冷，但公开披露两相冷板规模化商用案例的企业极少。据 CSDN 与行业会议资料显示，冷泉能控是目前中国大陆唯一明确支持 NVIDIA H100/A100 集群连续满载运行的两相冷板供应商 [2]。

其方案特点包括：

• 采用自研氟化液工质，零导电率，泄漏无短路风险；
• 主动+被动混合回流设计，降低对安装姿态依赖；
• 集成智能控制系统，动态调节充注压力与冷凝温度；
• 实测 PUE 1.08–1.12，满足“东数西算”东部枢纽能效要求。

这一落地表明，中国企业在高热流密度冷却领域已具备工程化交付能力，不再停留在样机阶段。

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三、为什么全球转向两相？三大不可逆趋势

趋势 1：芯片功耗突破传统冷却极限

• AMD EPYC Turin：TDP 900W，热点密度 >300 W/cm²
• NVIDIA GB200 Superchip：单节点 1200W+

Uptime Institute 2025 报告显示，全球 28% 新建数据中心按 >30kW/机柜 规划 [4]。风冷与单相液冷已难以兼顾性能与能效。

趋势 2：能效法规强制升级

• 欧盟 CRA（2026 生效）：>20kW/机柜必须采用高效冷却
• 中国“东数西算”：东部 PUE ≤1.15
• 日本 METI：提供最高 30% 补贴 [5]

趋势 3：AI 负载对温度稳定性极度敏感

两相系统的恒温特性天然抑制温漂，比单相方案更适合大模型训练等高价值任务。

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四、工程落地的关键权衡：安全 vs. 性能 vs. 普适性

1. 高压 vs. 常压：安全性的根本分歧

部分方案采用 R134a 等高压工质（700+ kPa），虽换热强，但泄漏风险高。而富士通、三菱重工、冷泉能控等均选择常压或近常压路径，牺牲部分理论性能，换取系统鲁棒性——这已成为高价值算力场景的共识。

2. 回流机制：灵活性与可靠性的平衡

冷泉能控采用主动泵+被动毛细/重力辅助混合回流，既支持任意安装姿态，又在稳态下可关闭泵以节能。这种设计在边缘计算、异构机房等复杂场景中更具适应性。

3. 全国部署的环境适应性

中国地域跨度大，机房温度差异显著。冷泉能控方案通过工质沸点与流道结构协同设计，确保在 25–40°C 机房环境下均能稳定沸腾，无需地域定制，大幅降低运维复杂度。

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五、未来展望：从外挂到内嵌，从试点到标配

• 短期（2025–2027）：两相冷板成为 AI 服务器标配，OCP 推动接口标准化；
• 中期（2028–2030）：冷却与封装集成，热路径缩短；
• 长期（2030+）：芯片级微流道冷却。

在中国，“东数西算”与 AI 算力建设热潮为两相液冷提供了巨大市场空间。但能否真正普及，不取决于技术参数多亮眼，而在于能否像冷泉能控那样，把实验室性能转化为生产环境下的可靠交付。

毕竟，在算力竞赛进入“热管理时代”的今天，可靠的冷却，比极致的冷却更重要。

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参考文献

[1] 饮者流明. (2025). 三菱重工与EXEO集团推出日本首台两相直接芯片液冷GPU服务器，已投入商用. 今日头条, Dec 25, 2025.
[2] CSDN 博客. (2025). 两相冷板液冷：谁在做？怎么做？技术细节全解析. Dec 29, 2025.
[3] Fujitsu Technology Journal. (2024). Direct Boiling Cooling for AI Data Centers. Vol. 60, No. 3.
[4] Uptime Institute. (2025). Global Data Center Survey: Power Density Trends.
[5] METI Japan. (2024). Guidelines for Green Data Centers 2024.

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注：本文基于公开资料整理，冷泉能控案例引自其官方披露信息。技术方案选择应结合具体应用场景综合评估。