液冷盲插快接头发展研究报告

编制说明 本报告在撰写过程中得到了多家单位的大力支持，在此特别感谢以下参编单位（排名不分先后）： 中国信息通信研究院、中移动信息技术有限公司、中国电信股份有限公司研究院、中讯邮电咨询设计院有限公司、华为技术有限公司、中航光电科技股份有限公司、苏州华旃航天电器有限公司、史陶比尔(杭州)精密机械电子有限公司、软通计算机有限公司、中国计量科学研究院、中国质量认证中心有限公司、丹佛斯动力系统(宁波)有限公司、常州贺斯特科技股份有限公司、中兴通讯股份有限公司、深圳市英维克科技股份有限公司、上海蓝科电气有限公司、超聚变数字技术有限公司、中科可控信息产业有限公司、东莞市立敏达电子科技有限公司 前言 随着算力中心所需应对的业务规模和复杂度不断提升，电子装备提出小型化、集成化要求的同时，对功率的要求也越来越高。常见的风冷已满足不了设备散热要求。液冷散热的换热系数较风冷散热提高了100倍以上，凭借其在高热通量、低热阻等方面的优势，加之政府部门对于绿色节能的重视程度提高等原因，液冷技术逐渐成为算力中心散热更优的选择。 液冷系统快接头是连接机柜与节点之间液体流通的枢纽，负责控制Manifold与液冷节点之间的连接与关断，是液冷系统中的重要部件，因此快接头对零件配合精度要求高、可靠性要求高。当前液冷系统快接头分为手插和盲插两种形式，其中盲插快接头由于满足算力中心自动化插拔场景、可靠性高等方面的优势更契合未来产业发展需求。 考虑到快接头在液冷生态中的重要位置，结合当前各厂商产品形态各异，互联互配难的困境。本报告以更符合未来产业发展需求的盲插快接头为研究对象，通过分析当前盲插快接头的发展现状、标准化困境及典型应用案例，旨在为液冷盲插快接头的解耦难题提供参考，助力实现服务器节点多样化供应，构建更加先进和高效的液冷系统生态。 由于时间仓促，本报告仍有诸多不足之处，恳请各界批评指正。 目录 一、研究背景.........................................................................1 （一）液冷系统发展趋势......................................................1（二）液冷系统快接头概述及分类.......................................3（三）液冷盲插快接头应用的必要性...................................7 二、液冷盲插快接头发展现状...............................................7 （一）规范标准......................................................................7（二）行业应用......................................................................9（三）典型代表厂商............................................................10 三、液冷盲插快接头标准化困境.........................................11 （一）产品设计....................................................................11（二）互联解耦....................................................................13（三）产业生态....................................................................17 四、液冷盲插快接头典型应用案例.....................................19 （一）CQDB盲插快接头......................................................19（二）CGD盲插快接头........................................................23（三）UQDB盲插快接头.....................................................25 五、建议与展望....................................................................28 一、研究背景 （一）液冷系统发展趋势 政策和行业的双重驱动推动了液冷技术的普及。信息技术的快速发展让液冷技术成为计算机领域新的焦点。从政策背景来看，政府部门对算力中心PUE要求提高。截至2023年底，我国提供算力服务的再用机架数达到810万标准机架，总耗电量达到1500亿千瓦时，算力中心在用标准机架总耗电量约占全社会用电1.6%，碳排放总量为0.84亿吨。为落实“碳达峰、碳中和”和“东数西算”发展政策，国家和地方政府发布一系列节能减排政策要求，例如《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》提出，到2025年底，新建及改扩建大型和超大型数据中心电能利用效率降至1.25以内，国家枢纽节点数据中心项目电能利用效率不得高于1.2。《算力基础设施高质量发展行动计划》提到，支持液冷、储能等新技术应用。这些政策文件的发布为液冷技术的发展指明了方向。 从企业发展来看，高密度芯片正在寻求新的散热方式。随着CPU、GPU等核心计算芯片更新换代，单位面积与体积下晶体管数量更多，芯片功耗已达到1000W左右，以英伟达最新GB200超级芯片为例，其功耗已逼近2700W。芯片功率密度的不断提升，已经逐渐突破传统风冷散热的极限。在2024年IDEA大会上，沈向洋院士曾指出，未来十年AI的发展可能需要100万倍的算力增长，远超摩尔定律所预测的范围。在此发展背景下，液冷应用的需求必然会随之增长，市场前景可期。近年来随着液冷技术趋于成熟稳定，业界对算力中心液冷系统的认可度正不断提升。根据IDC数据，中国液冷服务器市场在2024上半年继续保持快速增长，市场规模达到12.6亿美元，与2023年同期相比增长98.3%，其中液冷解决方案仍以冷板式为主，占到95%以上，预计2028年市场规模将达到102亿美元。 从用户体验的角度来看，企业用户追求更低的运行成本和更高的可维护性。引入液冷系统可显著降低算力中心整体能耗，提高TCO收 益，同时增强系统运行的稳定性。这对于日常使用中需要长时间高负荷运行的AI算力服务器而言，意味着更低的运行成本和更高的可维护性。用户在进行大规模训练、推理、数据分析等应用时，能够享受更可靠的硬件支持，确保计算任务高效完成。 供应链复杂度高及零部件标准化程度低限制了液冷系统的发展。尽管我国算力中心液冷技术正迎来快速发展期，市场规模不断扩大，相关技术逐渐成熟，众多厂商推出了符合市场需求的液冷产品或解决方案。但由于液冷系统的特殊性，很多情况下都需要针对特定的应用进行高度定制化的设计和制造，加之液冷系统内涉及诸多零部件，这些零部件各厂商产品形态各异，产品规范化、标准化程度较低，导致用户可能被迫依赖单一供应商，限制了选择的灵活性和成本效益，在一定程度上制约了液冷系统的发展。 综上所述，算力中心液冷技术由于在散热效率和能耗方面展现出明显优势正迎来快速发展期。随着市场规模不断扩大和技术日益成熟，液冷技术有望推动算力中心朝着更高效、更节能和更智能的方向发展。与此同时，由于零部件标准化程度低，导致兼容性较差，如何解决液冷机柜与服务器节点之间的解耦以达到不同厂商的兼容部署已成为业界重点探讨的话题。 （二）液冷系统快接头概述及分类 液冷系统快接头是一种不需要工具就能实现管路连通或断开的接头，主要用于Manifold与液冷节点之间的连接与关断。快接头早先广泛应用于工业领域，随着液冷技术在计算机领域的应用，快接头 开始针对计算机液冷系统进行专门的设计，如今已广泛应用于各种不同的液冷系统中，如算力中心，车载、机载、舰载和地面环境下的雷达设备、机载液冷机箱、服务器、新能源电池模组、高功率密度电机、高功率密度功率模块的液冷散热系统中。 液冷系统快接头简单来说由公头（插头）和母头（插座）组成，内置有密封件、弹簧、锁紧机构、导向槽等关键部件。在液冷系统中，它需要与冷却液接触并实现带液带压插拔的功能，确保在不使用任何工具的情况下，能够迅速完成接合与分离动作，而不造成液体滴漏。因此，快接头的设计强调密封性、兼容性以及快速连接和断开的能力。此外，用于快接头本体的材料选择需综合考虑应用场合对耐腐蚀性、机械强度、导热性、轻量化以及成本的要求，通常为不锈钢和硬质阳极氧化后的铝合金。 液冷系统快接头根据插拔形式的不同分为手插和盲插两种形式。手插式是指需要人为手动握住快接头，进行插拔连接操作的接头设计，可分为单手插拔和双手插拔式。插头自带锁紧结构，包括了钢珠锁紧、钢针锁紧、螺纹锁紧、卡扣锁紧等方式。由于手动锁紧是通过运维人员的手动推拉实现快接头与其他连接器件的锁紧与断开，这一过程不仅考验操作者的细心程度，也会受限于服务器内部空间布局。理想的安装环境应当为操作者的手部活动提供充足的空间，确保其能够在不受阻碍的情况下顺利完成接头地对准、插入及锁紧步骤。 盲插快接头则是指能够在视线或空间受限的情况下完成连接的快接头，通常用于服务器背侧、机柜内部，一侧接头安装在Manifold上，另一侧接头固定在服务器后窗与冷板连接，使液体通路形成封闭环路。盲插快接头没有锁紧机构，仅通过与外部结构的配合锁紧，这一个过程依赖于精确的机械设计和定位导向机制。因此采用盲插快接头的服务器，需在机柜上为服务器单元设置导轨，以完成接头的初步导向，另需在服务器机柜人员操作一侧设置锁紧装置，以固定整个服务器单元，防止因接头弹簧或流体压力导致服务器单元被顶出断连。为弥补机柜导轨与服务器单元的配合误差、锁紧机构的固定位置偏差，接头通常需配置补偿机构以弥补公母头的对中误差，并能在轴向一定对接范围内保持最大流量。盲插快接头操作方便且连接精度高，未来可满足自动巡检、机器人运维的需求，对一些高度集成且空间受限的服务器环境有较大的优势。 具体而言，手插快接头和盲插快接头的详细优劣势分析如表1所示。 可以看出，从可靠性、可维护性、可安装性及架构演进性等多个维度分析，盲插快接头更能适应未来产业发展的需求。 （三）液冷盲插快接头应用的必要性 盲插快接头满足了高密机柜的操作需求。AI人工智能、大模型、多模态、云计算、大数据以及区块链等新兴技术要取得更新的成果，对算力提出了极高的要求，而算力密度的提升则意味着算力中心规模、功率密度的提高。为了在有限的空间内实现更高的计算密度，算力中心倾向于采用更紧凑的高密度机柜解决方案。高密度部署的机柜内部空间有限，对快接头的可靠性要求也更高，盲插快接头无需手动操作即可精准对接的特点能适应空间有限的操作环境，提高安装和维护的效率。 盲插快接头降低了液冷系统的运维难度。盲插快接头的盲插功能一般是通过浮动结构实现的，同时采用定位销结构来控制浮动量，保证互配的可靠性。这种结构保证了盲插快接头无需直接视觉辅助的情况下能够快速、准确地连接，满足液冷系统节点间自动化插拔应用场景。随着数字化转型的加速，算力中心正逐步向自动化、智能化方向转型，未来算力中心运维模式很可能转向人机协作，由机器人承担日常维护和基础任务。在此背景下，液冷盲插快接头更契合算力中心未来自动化的发展方向。 二、液冷盲插快接头发展现状 （一）规范标准 国外起步相对较早，在液冷盲插快接头标准化取得一定进展。国际上对于快接头的标准多在机械行业，如ISO（国际标准化组织）和 SAE（美国汽车工程师学会）都发布了液压管接头的相关标准，涵盖了液