新型3D打印两相散热方案大幅降低数据中心冷却能耗

全球数据中心正面临前所未有的能耗挑战。据统计，2026年中国数据中心行业电力需求预计将达300TWh，在全国用电量中占比约6% 。与此同时，人工智能算力的爆发式增长推动GPU功耗呈现指数级攀升——当前主流AI芯片峰值功耗已突破700W，英伟达Blackwell超级芯片更达到1200W 。根据韩国科学技术院的预测，到2035年，GPU-HBM模块的功耗或将高达15,360W 。这一趋势迫使数据中心架构发生根本性变革，单机柜功率密度从传统15kW向120kW乃至更高水平演进 。

在此背景下，传统风冷技术已难以应对如此高热流密度的散热需求 ，数据中心亟需新一代高效冷却方案，以破解算力增长与能耗控制之间的矛盾。

根据3D科学谷的市场观察，欧洲开展的 AM2PC研究项目近日证实，新型增材制造冷却解决方案可显著降低能耗并延长芯片寿命，同时实现废热回收利用。本期谷·前沿栏目将分享该项目产生的主要研究成果。

“3D Science Valley 白皮书 图文解析

在刚刚收官的AM2PC项目中，丹麦技术研究所与Heatflow公司携手两家国际合作伙伴，共同研发并测试了一款适用于数据中心和高性能计算机的3D打印冷却组件。该方案采用被动式两相冷却技术，实测冷却能力达600瓦，较原定400瓦目标提升50%。

此项技术突破恰逢全球数据中心能耗问题日益严峻。除IT硬件本身外，配套冷却基础设施是数据中心的主要耗能单元，因此也成为提升系统能效的最大突破口。与此同时，GPU功耗从几年前的100-200瓦激增至当前数百瓦乃至千瓦级，传统冷却方式已难以应对。服务器功率密度正以空前速度攀升，传统风冷技术显然力不从心。

零能耗被动冷却技术突破

3D科学谷了解到，项目团队开发的新型增材制造冷却解决方案，摒弃了传统风冷模式，采用两相被动冷却技术。

这一冷却方案的主要原理是利用冷却液在热表面蒸发的物理特性：蒸汽因密度差异自然上升，在冷凝区域释放热量后通过重力回流形成液态。这种基于热虹吸原理的被动两相过程无需泵机参与，实现热量移除零能耗。同时，蒸发散热效率远超传统风冷和液冷技术，不仅能更高效地移除芯片热量，还可通过降低芯片工作温度延长其使用寿命。

这一新型冷却解决方案的核心部件是3D打印蒸发器，它并非简单的储液部件，而是一个精密的两相换热器，它通过相变过程将芯片热量高效带走，为数据中心的零能耗散热提供了可能。

据项目组介绍，3D打印蒸发器/换热器的材料为铝合金，设计上采用了功能集成，没有装配节点，降低了泄漏风险，提升了组件可靠性。单一材质的设计还便于回收利用。

废热利用

另外这一项目还有取得了一项极具附加值的成果。

项目组指出，虽以3D打印蒸发器/换热器研发与性能验证为核心目标，且成果超预期，但更关键的是该方案可实现60-80℃的废热回收。如此高品质的热能无需额外能耗即可直接接入区域供热网络，或应用于食品饮料、纺织造纸等工业流程，甚至为邻近温室农业提供热源。

相比之下，传统服务器风冷系统回收的热能温度较低，难以满足区域供暖和工业应用需求。研究项目虽未深入探索与区域供暖系统的集成，但已验证了技术可行性。这标志着数据中心向能源正向化迈出重要一步。

节能减排

除运行节能外，项目在制造端同样展现环境效益。3D打印技术较之传统多材质装配的工艺，显著降低整体材料消耗。单一材质设计更使退役组件无需分拣即可直接回收。

作为示范项目，虽然最终环境效益尚待评估，但生命周期分析显示，该方案可使单台设备全生命周期排放降低25-30%。

项目背景速览

AM2PC项目聚焦数据中心两相冷却3D打印部件研发，获欧洲M-ERA.NET计划支持，丹麦创新基金提供资助。总预算1000万丹麦克朗（2023-2025年），合作方包括比利时Open Engineering公司、德国Fraunhofer IWU研究所及丹麦Heatflow ApS、丹麦技术研究所。本文图文来源为丹麦技术研究所。

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投稿丨daisylinzhu 微信

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