液冷散热时代：AI服务器如何重构磁元件设计

随着AI服务器功率密度的快速提升，传统的风冷散热方案在热管理方面逐渐面临挑战。在此背景下，液冷散热技术正加速应用于数据中心，特别是高算力的AI集群中。

这一散热方式的变革，并不仅仅是冷却介质的简单替换，它正驱动着服务器电源架构及内部磁性元器件的设计逻辑发生深刻变化，这种散热方式也对磁性材料提出更高的要求。本文将从产业现状出发，探讨液冷趋势如何重构电源与磁性元件的设计重心与技术路径。

01 AI服务器电源液冷加速渗透，路径仍未固化

2025年，AI大模型训练规模持续扩大，数据中心散热架构进入新阶段。算力密度快速提升，使风冷的热管理能力面临瓶颈。当前主流AI服务器电源单机功耗已从800W增长至2~3kW，整柜功耗则从10~20kW提升至60~100kW。

液冷散热方案加速进入落地期，冷板液冷、浸没式液冷、背板液冷等不同路径正在被验证和部署。大型互联网与云服务企业已经在规模引入液冷架构，Meta、微软、阿里云和华为均在新一代数据中心推广液冷系统，将冷却能力直接覆盖高密度GPU节点。

液冷散热方式目前分为两种，一种是直接接触式散热，即液体与发热器件之间接触，如浸没式液冷散热；另一种是间接接触式散热，即通过冷板等介质间接散热，如冷板式液冷散热。

Wind数据显示，当前冷板式液冷散热为液冷散热主流的方式，占比超95%，PUE可降至1.20~1.25，兼容现有服务器架构。浸没式液冷散热PUE低于1.05，但改造成本高，多用于高密度算力场景，如英伟达GB300服务器。

液冷散热的优势不仅体现在更高热流密度处理能力，还包括更低PUE、更高稳定性和更小运行噪声，使其逐步从“实验方向”过渡为“硬性能力”。

不过，液冷散热路径仍未完全固化。不同厂商在架构选择、冷板布局、液体介质选择、冷却耦合方式上仍存在差异；阶段性混合架构仍将长期存在。

例如部分厂商优先部署冷板液冷以平滑演进，另一些厂商则直接规划浸没式系统用于高密度训练集群。短期内，液冷散热不会完全取代风冷散热，但对于高性能AI集群，液冷散热已经从“加分项”变成“准入门槛”。

对产业链而言，这意味着设计方法、验证体系和供应链能力均在重构中，散热已不再只属于机械与结构工程范畴，而成为系统架构的重要输入变量。

杭州铂科电子磁件研发经理丁毅表示，液冷散热方案的普及节奏正在加快，但最终比例仍难以判断：“液冷在AI服务器电源中的渗透率肯定会上扬，未来它会占据相当大的市场份额，是否反超风冷成为主流尚无定论。”

从企业反馈看，过去企业可以先做风冷散热，再考虑液冷散热。现在必须同步把液冷散热做上，否则难以进入市场。但液冷散热并不意味着简单地将器件放入液体环境中，而是涉及新材料防腐、耐油性、绝缘、导热路径优化、结构重新规划等系统性设计难题。

水冷三相输入算力电源 图/杭州铂科电子

02 AI服务器电源架构重构：从单机供电到集中液冷散热

AI服务器功率密度增长趋势明确。主流AI训练系统的整机功耗正从数千瓦迈向 10kW以上，冷板液冷散热与浸没式液冷散热更适合高热流密度场景。产业共识认为，散热瓶颈被移除后，电源的效率与功率密度目标将重新刷新。

高级讲师及企业专家顾问EMC及电源行业专家杜佐兵指出：“液冷散热目前尚未普及，但在机柜背部部署集中大型的液冷电源模组，为整个机柜供电，取代每个服务器内部独立电源，是未来的可能方向。”

这种架构调整意味着传统的单机 PSU模式正在让位于集中供电架构。相比单机电源，集中式液冷电源更有利于提升整机能效、降低散热成本与维护难度。

不过，液冷方案增加了系统复杂度，AI服务器电源厂商需要参与液冷板设计，甚至承担液冷循环系统的一部分工作。与此同时，液冷系统中整机接地、电流泄漏与 EMI 风险更敏感，“整体接地后漏电流增大，机壳尺寸大即成为辐射天线，可能把整机变成发射体。”

这意味着EMC设计必须提升优先级，散热方式变化带来的寄生参数变化、场耦合路径变化均可能引发全新EMI问题。

他还提到，AI服务器电源从风冷转向液冷，是应对芯片热密度（TDP）飙升的根本性变革。这一转变对服务器电源的影响是深远且多维度的，最直接、最核心的影响可以概括为：散热瓶颈的移除，使得AI服务器电源的功率密度和效率极限被重新定义。

03 AI服务器电源磁性元件设计逻辑转变：减少发热到高效导热

液冷散热带来的变化不仅影响AI服务器电源系统本身，还对与AI服务器电源密切相关的磁性元件设计提出了全新的需求。

过去磁性器件优化重点在于通过材料降损与结构改良来降低温升，并配合风冷实现可靠运行。

但在AI服务器功率密度持续攀升、散热模式从空气换热转向液体换热后，磁元件设计的出发点从“降低发热”进一步转向“缩短热路径、提高热流导出效率”。

服务器 CPU_CRPS 电源 图/杭州铂科电子

在目前服务器功率密度上升与空间变小的趋势下，磁元件再怎么降低损耗也挡不住发热堆积。现在更重要的是把热快速排出去，让它顺利传到液冷那一侧。

磁元件厂商大多在结构与散热界面设计上做出调整。传统PQ或EE结构多为实心磁芯，如今中柱需要预留通孔以插入铜管，引入液体或金属“热桥”。侧壁会开槽用于填充导热硅胶，使磁芯与外部铜板或冷板紧密接触，实现热从磁芯内部到冷板的最短路径。

平面磁技术和扁平化磁元件设计也更受青睐，因为其表面积更大、与冷板耦合面更充分。此外，灌封材料从绝缘为主转向兼顾导热，灌封深度、填缝方式、材料匹配都成为热管理设计要素。

国石磁业技术总监商燕彬表示：“过去磁元件只要把温度控制到合适区间，如120℃效率就能保持，现在体积缩小后风冷已无法有效带走热量，只能靠结构与导热介质把热强行导出，让液冷散热系统维持稳定温区。”

磁性材料本身也面临耐温、耐腐蚀和热循环冲击的新要求。浸没式液冷散热使绝缘漆、塑料支架、胶带、标签乃至磁芯表面都可能长期接触冷却介质，因此材料需要避免溶胀、脱落与腐蚀。

组合型磁芯 图/国石磁业

一些企业开始在晶界添加耐腐蚀氧化物以提升材料稳定性，但目前大多数方案仍处于实验与验证阶段，产业普遍通过严格浸泡测试与冷热冲击测试来筛选材料兼容性。

同时，业内也在探索提升磁芯韧性、抵抗热胀冷缩引起开裂的方法，但目前仍未实现完全解决方案，灌封支撑与结构缓冲设计仍是主流方式。

在材料体系方面，铁氧体仍是主力，但随着AI服务器应用对高饱和磁通密度和热传导提出更高要求，金属软磁粉芯获得更多关注。

部分厂商表示，在高功率密度与高频条件下，粉芯在体积缩减方面可具显著优势，最大可缩小约70%，并带来更紧凑布局与更短热路径。但铁氧体材料仍在演进，如材料端不断提升居里温度与高温损耗性能，部分产品居里温度已达到220℃以上，损耗曲线逐代下降，适应140℃甚至160℃的长期工作环境。

整体来看，过去磁元件设计的重点是让磁元件少发热，现在重点是让热更快地导出去。

未来能够同时掌握磁材料工艺、导热封装、液冷结构协同设计的企业，将更有可能在AI服务器电源新周期中占据优势。

结语：液冷散热重塑AI服务器电源的下一阶段

AI训练热潮推动AI服务器功率与热密度急剧提升，液冷散热技术从数据中心冷源侧延伸至AI服务器内部与电源系统。产业已经形成一致判断：液冷散热不是短期趋势，而是AI 电源架构演进过程中不可避免的技术方向。

但这一过程不是简单替换冷却方式，而是涉及散热路径重新定义、结构重新设计、材料迭代、制造工艺提升与可靠性体系重构。电源与磁性元件行业从“散热辅助环节”正式进入“热管理关键节点”阶段。

热管理不再是被动适配，而成为系统设计的主导逻辑之一。

液冷散热转型初期，材料仍需迭代、可靠性标准待完善、生产一致性仍在优化，但产业链协同正在加速。谁能在体积、损耗、导热、耐腐蚀性之间找到最优平衡，谁就能获得液冷AI服务器电源的入场券。

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审核编辑 黄宇