
(液冷产业链全景图)
2023年训练一个GPT-4级别的大模型,耗电量约为62万度。到2026年,全球AI数据中心的电力消耗预计将超过1000太瓦时,接近日本全年的总用电量。
算力增长的背后是功耗飙升。NVIDIA H100峰值功耗700W,B200已超过1000W,单机柜功率密度从过去8-10kW跃升至80-150kW。传统风冷在这个量级上已接近物理极限,液冷从“可选项”变成了“必选项”。TrendForce预测,液冷在AI数据中心的渗透率将从2024年的14%提升至2026年的40%以上,对应的是一个千亿级市场。

(中国AI 液冷产业链全景图)
液冷主要分为两条技术路线:冷板式液冷(市占率85%以上)通过在芯片表面贴合冷板带走热量,对现有架构改动小,是当前主流;浸没式液冷则将服务器直接浸入绝缘冷却液中,散热效率更高,增速最快。无论哪种路线,都离不开一个核心枢纽——CDU(冷却液分配单元)。

CDU相当于液冷系统的调度中心:水泵把冷却液送进来,CDU负责精准分配到每一颗GPU,再回收、换热、循环。整个系统的流量、压力、温度平衡都靠它来完成。
一个CDU内部集成了水泵、流量计、阀体、复杂流道和传感器接口,全部封装在一个壳体内。这个壳体常年接触冷却液,承受温度和压力波动,对材料提出四方面要求:
耐化学腐蚀:冷却液种类多样——去离子水、乙二醇/水混合液、氟化液、矿物油等,长期流经壳体内部,可能导致高分子材料溶胀、水解或性能劣化。
耐冷热冲击:系统正常工作在30-80℃,但GPU从空闲到满载,温度可在数十秒内上升几十度,材料需在频繁热循环中不疲劳、不蠕变。
机械强度:CDU内部有泵送压力,壳体需长期承受机械负荷,保证流道不泄漏、不串液。
电气安全:CDU靠近电控模块,材料需具备良好绝缘性和阻燃性,且不能析出离子污染冷却液——否则冷却液电导率上升,金属冷板面临腐蚀风险。
这四类要求叠加,能同时满足的材料并不多。
PPS(聚苯硫醚)是一种高性能热塑性工程塑料,分子结构中的苯环和硫醚键赋予其独特的综合性能,业内常称其为“工程塑料里的特种兵”。
耐化学腐蚀:PPS在260℃以内几乎不溶于任何常规溶剂,对乙二醇/水、氟化液、矿物油的抗水解和抗溶胀能力在工程塑料中属于第一梯队。
尺寸稳定性:PPS吸水率约0.02%,热膨胀系数接近铝合金。温湿度变化时零件尺寸变化极小,对内部有精密流道和密封结构的CDU壳体至关重要。
本质阻燃:PPS氧指数44%,无需添加阻燃剂即可达到UL94 V-0级,不存在阻燃剂迁移或析出的风险。
加工性良好:PPS注塑流动性好、成型周期短,适合大批量精密注塑,能较好满足CDU壳体流道交错、壁厚不均的复杂成型需求。
将这四项特性与CDU的四类工况需求对照来看:耐化学腐蚀对应冷却液长期浸泡不溶胀、不水解;冷热冲击方面,PPS热膨胀系数接近金属且吸水率极低,尺寸长期稳定;机械强度上,PPS抗蠕变性能优异,可承受长期泵送压力;电气安全方面,PPS本质阻燃达到V-0级,绝缘性能好且离子析出极低。四个维度均表现出较高的匹配度。
壳体主体:CDU内部流道复杂、密封界面多。PPS一体化注塑成型可将多个零件合并,减少组装环节和密封面数量,从设计端降低泄漏风险。相比铝合金CNC加工,PPS注塑方案单件成本可降低50%以上。
泵体和阀体:这类部件常需与金属嵌件(转子、阀芯)配合,对尺寸精度要求高。PPS低吸水率和与金属接近的热膨胀系数,有助于在温度变化时保持配合精度,降低卡滞风险。
管路接头:大型AI集群中接头数量可能超过十万个,是最容易出问题的环节。PPS的低热膨胀系数和耐疲劳特性,可在反复插拔和冷热循环中维持密封可靠性。
在CDU壳体选材上,目前主要考虑的方案包括PPS、LCP(液晶聚合物)、铝合金和通用塑料(如PP、PA)几类。
LCP在耐化学性和阻燃性上表现不错,但注塑各向异性明显,成型后容易翘曲,加工难度大、良品率偏低,材料单价也较高(80-120元/公斤),综合成本处于劣势。
铝合金尺寸稳定、不燃烧,但CNC加工周期长、材料利用率低,单件综合成本约450元左右,约为PPS注塑方案的2.5倍。此外,不同金属在冷却液中存在电化学腐蚀风险,需要额外做表面处理。
通用塑料(PP、PA)价格最低,但耐化学性和尺寸稳定性明显不足。PP耐温仅100℃出头,PA吸水率高导致尺寸变化大,在长期冷热冲击和介质浸泡下可靠性难以保证。
综合来看,PPS虽然不是单项最强的,但耐化学性、尺寸稳定、阻燃绝缘、加工成本和长期可靠性五个维度都没有明显短板——在工程选材中,这种均衡性往往比单一性能突出更重要。
欧瑞达深耕PPS改性多年,针对AI液冷CDU方向,正从以下几方面进行技术准备:
耐水解配方优化:针对乙二醇/水体系,调整填充体系和界面相容剂,提升高温高湿环境下的长期稳定性。
低离子析出工艺控制:通过纯化工艺优化,将可析出离子含量控制在低水平,保护液冷系统中金属冷板不被腐蚀。
尺寸精度批次管控:严格管控改性粒子收缩率波动,确保大规模生产的尺寸一致性。
NMT工艺适配:针对金属-PPS一体成型需求,开发与铝合金嵌件结合力更强的改性体系,适应纳米注塑工艺。
目前这些工作处于技术储备和内部评估阶段。欧瑞达将持续跟踪AI液冷动态,与产业链保持技术交流。
AI液冷从趋势走向普及,CDU作为液冷系统的核心枢纽,其材料选型直接关系到系统长期可靠性。
PPS凭借耐化学腐蚀、尺寸稳定、本质阻燃和良好加工性能,在CDU壳体、泵体、接头等部件上展现出清晰的匹配潜力。大规模落地仍需时间——验证数据积累、设计规范完善、配套能力建设都还在推进中。
欧瑞达将持续专注PPS改性技术,以扎实的材料功底和务实的服务理念,为AI液冷基础设施的材料需求做好准备。
来源:欧瑞达



