英伟达GB300液冷技术分析

一、GB300液冷技术核心架构

1. 模块化插槽设计（突破性创新）

传统方案	GB300方案	优势
GPU焊接在PCB板上	CPU+GPU模块可插拔	简化维护，支持全液冷覆盖
散热依赖硅脂/导热垫	液态金属直接接触散热	热阻降低60%
冷板仅覆盖部分芯片	一体化全覆盖冷板	消除局部热点

技术实现： GB300采用 “插槽式处理器模块”（类似CPU插槽），将CPU、GPU、HBM3内存集成在可拆卸模组中。

冷板直接嵌入插槽底座，通过液态金属（导热系数 **73W/m·K**）填充芯片与冷板间微缝隙（见下图）。

2. 全液冷闭环系统

冷却路径：芯片发热 → 液态金属 → 微通道冷板 → 去离子水（50-60°C）→ CDU（冷却分配单元）→ 室外干冷器`

效率对比：

散热方式	散热密度 (W/cm²)	功耗占比
传统风冷	10-15	15-20%
GB300液冷	≥35	<8%

二、关键技术突破解析

1. 液态金属界面（LMI）技术

材料特性：镓基合金（非汞），熔点15.5°C，流动性极强，填充缝隙能力比硅脂高10倍。导热率73W/m·K（硅脂仅5-12W/m·K），热阻降低至0.02cm²·K/W**。

防泄漏设计：插槽配备双重密封圈（氟橡胶）+ 电磁锁扣，防止液态金属氧化/渗漏。冷板表面镀镍（防腐蚀），避免液态金属侵蚀铜/铝基材。

2. 微通道冷板设计

结构创新：冷板内嵌 <0.3mm宽的微通道，水流速度 2-4m/s，湍流增强换热。 3D打印钛合金材质，耐压**≥10bar**，适应高流量需求。

实测数据（单芯片）：

功耗(W)	800	1000	1200	1400
温度(°C)	58	65	72	78

注：环境水温45°C，温差控制在33°C以内

(出自英伟达官方工程白皮书））

三、系统级整合与能效优化

1. 供电-散热协同设计

组件	传统方案	GB300方案	能效提升
电源	48V DC	800V HVDC	↑12%
冷却泵	机械泵	磁悬浮泵	↑30%
热回收	无	输出60°C热水	可用供暖

案例：Google数据中心利用GB300输出热水为园区供暖，PUE降至1.05。

2. 与Blackwell架构的深度耦合

芯片级优化： GPU核心采用台积电CoWoS-L封装，通过硅中介层连接CPU/GPU/HBM，缩短热传递路径。供电模块（VRM）嵌入冷板底部，避免独立散热。

机柜级布局：

四、供应链与成本分析

1. 核心部件供应商

部件	主要供应商	技术门槛
液态金属	德国AMTEC、中国兆科电子	纯度≥99.99%，低粘度
微通道冷板	Cooler Master、BOYD	3D打印精度±5μm
磁悬浮泵	Danfoss、台达电	无摩擦，寿命>10万小时
快接头（QD）	CPC（美国）	耐压15bar，漏液率0

2. 成本结构（单机柜）

项目	成本（万美元）	占比
液冷系统	38	42%
处理器模组	210	46%
电源/CDU	32	12%
总计	300万	100%

注：较风冷机柜溢价35%，但TCO（总拥有成本）低20%*

五、挑战与未来演进

1. 当前瓶颈

液态金属管控：需解决长期使用后金属氧化导致的导热衰减（每2年需维护）。

基建依赖：需匹配800V HVDC电源和液冷管道，旧数据中心改造难度大。

2. 技术路线图

2025：量产GB300，液冷渗透率达**25%**（主要客户：Google/Meta）。

2026：推出两相浸没式冷却，散热密度突破100W/cm²。

2027：集成 “热电转换” 技术，回收废热发电（效率目标：5-8%）。

附录：关键性能对比表

参数	GB200 (风冷+液冷混合)	GB300 (全液冷)	提升幅度
单芯片最大功耗	1000W	1400W	+40%
散热密度 (W/cm²)	18	35	+94%
数据中心PUE	1.15	1.05	↓8.7%
维护周期	3年	2年	-33%

结论：

英伟达GB300通过“插槽式模块化设计+液态金属界面+高压液冷闭环” 三位一体技术，将液冷从外围辅助变为芯片级核心解决方案。其价值不仅在于支持1400W超高热耗，更重构了服务器架构范式。短期挑战在于供应链成熟度（如液态金属量产一致性），但长期将推动数据中心向 “零排放热回收”演进，成为液冷3.0时代的标杆。