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數據中心液冷革新：開啟高效能與可持續發展新時代
在這個數碼時代，數據中心已經成為我們資訊社會的基石。無論是即時數據處理、雲端運算，還是人工智能的龐大運算需求，對於更快、更強大、更節能的基礎設施需求從未減少。然而，隨著運算效能不斷攀升，產生的熱量亦急劇增加。傳統的空氣冷卻方式已經逐漸無法應付，熱管理成為數據中心策略的核心。液冷技術正是這場革新的主角，徹底改變了數據中心的設計、運作與擴展方式。
根據市場預測，到2031年，全球數據中心液冷市場將由2024年的41億美元增至194億美元，年複合增長率高達24.6%。嚴格的法規與環保壓力驅使數據中心採取更可持續的運作方式，而液冷在能源效率上的優勢遠超空氣冷卻。
液冷技術大拆解
與傳統的空氣冷卻不同，液冷直接利用流體從伺服器及IT設備吸走熱量。由於液體的導熱能力比空氣高得多，這種方法效率自然提升不少。雖然液冷概念並非新鮮事，但隨著可持續發展需求與熱密度上升，它近年才在大型商業數據中心真正普及。
目前主流的液冷方案主要包括：
– 直接芯片冷卻（Direct-to-Chip, D2C）：將冷板直接安裝在CPU、GPU等發熱元件上，冷卻液流經冷板帶走熱量，然後經外部冷卻後循環回系統。
– 浸沒式冷卻（Immersion Cooling）：將整個伺服器或部件浸入具有良好導熱但不導電的液體中。單相系統靠液體循環吸熱；雙相系統則讓液體沸騰再冷凝，極大提升熱傳效率。
– 機櫃後門熱交換器：在機櫃後門加裝液冷熱交換器，伺服器排出的熱空氣即時被液冷線圈吸走，減少對傳統空調的依賴。
不同方案各有優勢，能按數據中心的密度、空間或環境條件靈活選擇。
由空氣轉向液冷的必然性
液冷的普及並非單純技術升級，更是時勢所趨。傳統空氣冷卻難以應付新一代高效能運算的需求，轉型的動力主要來自：
1. 熱密度飆升：伺服器元件愈來愈強，發熱量以倍數增長，空氣冷卻難以有效帶走熱量，否則要依賴龐大且低效的通風系統。
2. 節能減碳壓力：全球推動綠色運算，液冷有助降低PUE（電力使用效率）及碳足跡。
3. 營運成本節省：雖然初期投資較高，但長遠而言，節省能源、延長設備壽命，效益可觀。
4. 空間優化：液冷系統可支援更高密度機櫃，令同一空間容納更多運算力，對於共置或超大規模數據中心尤其重要。
科技巨擘帶頭推動液冷
愈來愈多科技巨頭及超大規模運算商率先採用液冷，證明這項技術已非實驗或小眾選擇，而是未來主流：
– 微軟（Microsoft）：2021年於Azure數據中心測試雙相浸沒式冷卻，提升效率及硬件表現，並助力2030年達至碳中和目標。
– Google：將液冷應用於自家AI專用TPU晶片，解決傳統空冷難以應對的高熱問題。
– Meta（Facebook）：新一代數據中心同時試驗D2C及浸沒式冷卻，聚焦提升AI基礎設施的熱效能。
– 阿里雲（Alibaba Cloud）：在亞洲率先試行浸沒式冷卻，應對如雙11等高峰期巨量數據處理需求。
這些案例證明，液冷已成現代數據中心設計的基石。
液冷如何塑造節能數據中心
液冷徹底針對傳統空冷的局限，直接在熱源處帶走熱量，無論是D2C還是浸沒式，都大幅減少對高能耗冷氣及冷水機的需求。數據中心可顯著降低PUE，減少電力及用水，提升伺服器密度而不會過熱。更重要的是，液冷系統產生的穩定高溫廢熱可循環再用，例如供區域供暖，推動能源循環經濟。
市場趨勢與未來展望
根據Persistence Market Research，全球液冷市場正迅速增長，技術進步及對可持續方案的需求推動下，未來十年增長動力強勁。主要趨勢包括：
– AI及邊緣運算爆發：人工智能及邊緣運算推高計算密度，自然與液冷能力高度契合。
– 可持續發展成為焦點：法規及企業ESG目標促使數據中心減低環境影響，液冷有助降低HVAC能源及用水，結合餘熱回收更見成效。
– 創新與協作：科技供應商與數據中心營運商共同研發定制液冷方案，加快創新及普及。
– 模組化部署：液冷被納入預製模組化數據中心，便於快速擴展，適合新興市場或災難復原場景。
目前北美及亞太區最具潛力，歐洲緊隨其後，中東及非洲亦開始加大投資。
可持續發展與環境效益
液冷的環保效益遠超節能：
– 減碳：液冷比傳統方法最多可減少40%用電，顯著降低碳排放。
– 節水：很多閉環液冷系統用水量低於空冷，後者需大量蒸發式冷卻。
– 餘熱再用：部分系統能將廢熱回收，用於建築供暖或區域供熱。
隨著外界對數據中心環保要求提高，這些效益成為選擇液冷的重要考慮。
投資前景與策略考量
液冷轉型是一項策略性投資。數據中心營運商、超大規模業者及共置服務商，已將液冷納入長遠資本及營運開支規劃。Persistence Market Research指出，先進熱管理技術的資本投資將加速，資金流向研發、基建升級及人才招聘。
主導投資策略的因素包括：
– 總擁有成本（TCO）：雖然初期成本較高，但考慮能源節省、減少停機、降低維護費用，液冷長遠更具經濟效益。
– 供應商生態成熟：更多供應商提供標準化、可擴展方案，組織選擇更靈活。
– 法規配合：政府開始為綠色數據中心政策提供獎勵，液冷更具吸引力。
– 可擴展與未來保障：AI及量子運算在望，液冷為未來更高熱負載提供穩固基礎。
總結
數據中心液冷的崛起，遠不止是技術升級，而是熱管理、可持續發展及基建設計思維的全面轉變。在數碼轉型以效能與效率為核心的今日，液冷正是既能滿足高效能運算、又能兼顧環境責任的未來方案。
從D2C到浸沒式冷卻，創新層出不窮，行業領袖帶頭推動，市場前景明朗。隨著數碼工作負載愈趨複雜、可持續發展成為企業核心，擁抱液冷已不再是選擇，而是必然。唯有如此，數據中心才能在新時代保持競爭力、責任感與韌性。
編輯評論：液冷的本地啟示與挑戰
液冷技術對香港這類高密度城市尤其具啟發性。香港土地寸金尺土，數據中心選址受限，對於空間利用率及能源效率要求極高。液冷能將更多運算力壓縮在有限空間內，並且有助解決傳統空調高能耗、噪音及熱島效應等問題。特別是浸沒式冷卻，未來甚至可結合海水冷卻、廢熱回收，推動智慧城市及區域能源循環。
不過，本地推動液冷亦面臨挑戰。首先，初期投資成本高，業界需考慮長遠回報及營運優勢；其次，技術標準及維護人才仍有待培養；再者，法規及能源政策需與國際接軌，鼓勵創新及可持續發展。
最值得關注的是，液冷帶來的「餘熱再用」概念，或可解鎖數據中心成為區域能源樞紐的新角色，令本港在智慧城市及綠色基建上走得更前。未來，數據中心不僅是資訊樞紐，更可成為城市能源管理的重要一環。這將是香港數據產業可持續發展的嶄新契機。
（如欲了解更多液冷及數據中心技術趨勢，請持續關注本網專題報道。）
