3D打印： 数据中心制冷的未来

人工智能（AI）和计算能力需求的激增正推动数据中心提升其制冷能力。

麦肯锡公司估计，全球对数据中心容量的需求到2030年可能以每年19-20%的速度增长，到本世纪末，年消耗量将达到171-219GW。

Alloy Enterprises 的铜制冷板

总部位于伯灵顿的Alloy Enterprises正通过其美国制造的直接液体冷却（DLC）冷板技术满足这一日益增长的需求。这些冷板专为提升GPU服务器机架效率而设计，可将能耗降低21%，并使泵送压力减少4倍。

首席执行官Ali Forsyth估计，2024年GPU和散热器冷却的可服务市场规模将达到11亿美元，年复合增长率（CAGR）预计为36%。Forsyth称堆叠锻造是满足数据中心冷却需求的理想增材制造工艺，并透露Alloy Enterprises正在扩大其DLC解决方案以实现大规模生产。

该公司每月可生产15000个部件，部件良率达92%。其采用的铝材成本低于每公斤10美元，是激光粉末床熔融（LPBF）工艺中使用的粉末基6061铝的20分之一。Alloy Enterprises还将其DLC解决方案中融入了铜元素，与仅使用铝相比，热性能提升约30%。

提升数据中心的热管理

保持数据中心凉爽是迫在眉睫的挑战。随着数字基础设施的扩展，服务器处理的数据量不断增加，并产生大量热量。人工智能就绪设施尤其耗电，这主要归因于其服务器机架的高平均功率密度。

根据麦肯锡的数据，平均功率密度从2022年的8kW跃升至2024年的17kW，预计到2027年将达到30kW。训练OpenAI的ChatGPT等模型可能需要每个机架超过80kW的电力。在今年的人工智能大会（GTC AI）上，英伟达首席执行官黄仁勋揭示了该公司的新型NVL576机架，该机架可支持高达600kW的电力。

“芯片制造商正在生产更大、更热的处理器，这使得高效散热成为数据中心面临的关键挑战。”Forsyth表示。她指出，为这些系统散热可能消耗设施总电力的20%以上，因此热效率至关重要。

Alloy Enterprises旨在通过其直接液体冷却解决方案应对这些挑战。该公司的冷板内置复杂的微通道结构，可显著提升冷却效率。据该公司介绍，这种复杂的结构设计可将热阻降低50%，并使电源使用效率（PUE）提升18%。

3D打印组件还实现了极低的压力损失，Forsyth透露这一数值是竞争对手的四分之一。这降低了泵送阻力并提升了液体流量，意味着在数据中心机架中循环冷却液所需的能量更少。

更重要的是，改进的热性能使数据中心能够使用更高温度的水（通常为44°C）冷却更强大的芯片。“你希望能够在设施内循环更温暖的水。”Forsyth解释道。这反过来又使干式冷却器能够将热量排放到室外，从而避免使用耗能的制冷空调系统。Forsyth将此描述为“节省能源的绝对关键”。

Forsyth主张“100%液体冷却是未来趋势”，可消除传统空气冷却所需的笨重、高能耗散热器和风扇。该公司以液体冷却为核心的组件还可实现更高的冷却密度，使机架制造商能安装更多电子设备。

除GPU外，这些外围组件还包括内存、SSD硬盘、电源供应器、QSFP收发器及网络接口卡（NIC）。“我们有很多客户寻求部件整合，希望通过单一冷却板同时为多个组件散热。”Forsyth解释道。

在2030年的模拟场景中，Alloy的技术使75兆瓦数据中心的总能耗较替代方案降低21%。“采用高性能冷却组件能节省的电量令人惊叹，”Forsyth补充道。

Alloy Enterprises开始使用6061铝板生产3D打印GPU冷却设备。今年早些时候，该公司使用相同材料为英伟达的H100 PCIe卡制造了液体冷板。

这款高性能数据中心GPU旨在加速人工智能和高级计算。Alloy Enterprises使用nTop的拓扑优化设计软件开发了冷却板。该过程使团队能够利用模拟数据（包括热流、流体流动和结构约束）优化设备的几何结构。

Alloy Enterprises于6月推出了铜质DLC解决方案。与铝材相比，C110铜将散热效率提升了约30%。该材料还符合ASHRAE化学兼容性标准，可降低腐蚀、劣化及泄漏风险。

金属3D打印的批量生产

随着对人工智能计算的需求激增，Alloy Enterprises正加快生产步伐以满足市场需求。其现有工厂每月可生产15000个部件。通过在生产线上增加额外的模块化堆叠锻造单元，产能可进一步扩展。

Alloy Enterprises 铜制DLC冷板

“堆叠锻造技术的可扩展性是该技术的核心。”Forsyth解释道，她正致力于实现公司DLC设备的“大规模生产”。“我们完全有能力满足每年需要数万个组件的客户需求。”

这一规模至关重要，因为数据中心散热市场的需求持续激增。“计算需求呈爆炸式增长。支撑计算的电力需求同样呈爆炸式增长，而冷却组件的需求也紧随其后。”Forsyth补充道。

GPU散热的3D打印未来

展望未来，Forsyth承认数据中心的电力供应并非无限，因此提升热效率至关重要。“节省的每一千瓦电力都可用于生成更多代币或运行更多计算，”Forsyth表示，“这意味着更高的收入或减少CO2排放。”

事实上，随着环境法规和排放目标的收紧，数据中心的碳足迹正面临越来越多的审查。根据国际能源署（IEA）的数据，2024年数据中心消耗了约415TWh，占全球电力消耗的约1.5%。IEA估计，为了实现其净零目标，数据中心的排放量必须在2030年前减半。

Alloy Enterprises的许多客户，尤其是超大规模企业，已承诺减少碳足迹。对于Forsyth而言，DLC是实现这些目标的关键。她强调了其在每千瓦提供更多计算能力以及在无需冷却的44°C水环境下运行的能力。她还指出，堆叠铸造的片状原料与LPBF技术中使用的金属粉末相比，CO2排放量显著降低，且回收再利用难度远低于后者。

这位科技公司首席执行官还呼吁转向更清洁的能源来为数据中心供电。她提到了谷歌最近与ARC达成的一项协议，后者是由麻省理工学院（MIT）衍生公司Commonwealth Fusion Systems（CFS）开发的紧凑型核聚变反应堆，谷歌将从其购买200兆瓦的电力。位于弗吉尼亚州切斯特菲尔德县的ARC计划于2030年代初实现清洁能源供应。

“我认为整个社会都将从中受益，”Forsyth感叹道，“如果数据中心推动了这些创新，我对此表示支持，因为整个世界都将需要它。”

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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