3M 数据中心冷却液：一个时代的终结与未来展望

多年来，服务器硬件领域最引人注目的演示莫过于将通电运行的主板直接浸入装满清澈、沸腾液体的槽罐中。这些透明液体几乎都是由 3M 生产的，品牌包括 Novec 和 Fluorinert。

今天是 2026 年 10 月 23 日。随着 3M 做出退出所有含氟化学品制造的历史性决定，数据中心架构师们身处的世界里，这些熟悉的液体已不再是可选方案。与此同时，人工智能硬件的功耗正打破历史纪录，使液冷变得比以往任何时候都更加关键。如果您负责管理服务器基础设施，或者想了解现代计算如何保持冷却，理解这一转变至关重要。

什么是 3M 数据中心冷却液？

计算机芯片会产生大量热量。空气是热的不良导体，这意味着当服务器机架在狭小的空间内容纳数十个高功率处理器时，风扇往往难以应付。水吸收热量的能力是空气的四倍，但普通水是导电的。如果管道泄漏到通电的服务器主板上，溶解的矿物质会导致短路并损毁硬件。

这正是介电液发挥作用的地方。介电液是一种电绝缘体，能够在不导电的情况下传递热量。您可以将整块通电的主板浸入介电液中，组件仍能正常进行计算。

3M 生产了两个传奇的介电液系列：

• 3M Fluorinert: 全氟化碳（PFC）液体，数十年来广泛用于半导体测试、雷达冷却以及 Cray-2 等超级计算机中。
• 3M Novec: 具有零臭氧消耗潜能值的氟化工程流体，广泛用于精密清洗、灭火和浸没式冷却。

这些液体无气味，蒸发后不留残留物，并且完全不可燃。

两相冷却与单相冷却

在数据中心中，3M 液体支持了两种截然不同的冷却架构：单相和两相浸没。

在单相浸没式冷却中，服务器浸泡在介电液浴槽中，液体在整个循环过程中始终保持液态。来自处理器的热量使液体升温，泵将其循环输送通过外部热交换器将热量排出室外，然后再将冷却后的液体送回槽罐。

两相浸没式冷却利用相变来实现最高效率。3M 设计了具有低沸点的特定 Novec 配方，通常在 45 至 60 摄氏度之间。当处理器在负载下升温时，液体会直接在硅晶粒上沸腾。

随着蒸汽气泡上升，它们会接触到密封腔体顶部由设施冷却水冷却的冷凝管盘管。蒸汽冷凝成液滴并回落到浴槽中。因为液体变成蒸汽会吸收大量的潜热，两相冷却几乎无需泵送动力即可吸收极度的热量突增。

3M 为何毅然停产？

如果两相浸没式冷却如此高效，为什么 3M 会放弃它？答案归结于环境持久性和法规监管。

3M 液体属于被称为全氟和多氟烷基物质（PFAS）的化学类别。这些化学品具有碳-氟键，这是有机化学中最坚固的化学键之一。由于它们能够抵抗自然分解，PFAS 获得了“永久化学品”的绰号。几十年来，微量的此类物质已在全球的地下水、土壤和生物组织中累积。

2022 年 12 月，3M 宣布将在 2025 年底前退出所有 PFAS 的制造。推动这一决定的关键因素包括：

1. 监管政策收紧: 欧洲化学品管理局（ECHA）提议在 REACH 法规下对 PFAS 实施广泛限制，而美国环保署（EPA）则颁布了严格的饮用水标准和申报规定。
2. 工厂关停: 比利时环保部门出于对排放问题的担忧，责令 3M 停止其 Zwijndrecht 工厂的生产线，造成突发性的供应中断。
3. 全球变暖潜能值: 虽然现代 Novec 液体不会破坏臭氧层，但部分氟化化学蒸汽具有很高的全球变暖潜能值（GWP）。在密封槽罐中，日常维护会导致少量蒸汽逸散到大气中。

面对日益增加的法律责任和监管禁令，3M 最终得出结论：继续生产含氟化学品已不再可行。

行业走向何方：现代替代方案

随着 3M 液体的离场，数据中心无法再退回到风冷。现代 AI 加速器机架每个机架消耗 40 至 120 千瓦，远远超出了风扇所能散热的范围。因此，该行业采用了两种可持续的替代方案。

芯片级直接冷板（Direct-to-Chip）

芯片级直接液冷（DTC）已成为超大规模设施中的主导架构。服务器仍放置在标准的立式机架中，密封的铜质冷板直接安装在发热的 CPU 和 GPU 上方。

管道将经过处理的水和丙二醇的混合物输送通过这些冷板。由于液体被密封在金属冷板和软管内部，它永远不会接触电路。这使得设施能够在无需专有化学品的情况下利用水优异的导热特性。内存和电源等次要组件则由辅助气流或后门热交换器进行冷却。

单相合成碳氢化合物与酯类

对于使用整槽浸没的运营商而言，基于碳氢化合物液体的单相冷却已取代含氟化学品：

• 合成聚α-烯烃（PAO）: 高度精炼的合成基础油，专为长使用寿命和高热稳定性而设计。
• 天然气制油（GTL）流体: 源自天然气的碳氢液体，无味、无毒且清澈如水。
• 合成酯与天然酯: 具有高闪点和快速生物降解能力的生物基或合成有机液体。

这些碳氢液体不易蒸发，不产生温室气体蒸汽，不含 PFAS，且成本远低于含氟化学品。

如何评估与过渡冷却系统

对于更新浸没槽或退役传统液体的运营团队来说，迁移需要一个结构化的流程。

步骤 1：审查材料与密封件兼容性

在添加碳氢流体或新冷板之前，请核查服务器机箱和流体分配单元内部的每个组件：

• 检查橡胶密封件和垫圈。碳氢化合物会使某些硅胶和橡胶劣化，需要升级为氟橡胶（FKM）或 PTFE 密封件。
• 检查线缆护套。标准 PVC 电缆可能会向碳氢液体中析出增塑剂，导致护套变脆。请更换为耐油线缆。
• 确认芯片与散热器之间的导热界面材料不会溶解在替代液体中。

步骤 2：安全排放并回收传统含氟化学品

绝不要将残留的 3M 液体与新的碳氢冷却液混合。将剩余的 Novec 或 Fluorinert 排入干净、密封的化学品回收桶中：

• 在回收桶上标明化学品标识编号，以满足强制性环境申报要求。
• 与具有资质的化学品回收商合作，负责回收利用或高温焚烧处置。
• 使用经批准的清洁溶剂冲洗并擦拭槽罐储液槽，以去除残留的化学薄膜。

# Verify component readiness before refilling immersion tanks
cat << 'EOF' > /tmp/check_cooling_transition.sh
#!/usr/bin/env bash
set -e

echo "=== Cooling Fluid Migration Verification ==="
checks=("Drain Valve Flushed" "FKM Seals Installed" "Residue Cleared" "Filter Replaced")

for item in "${checks[@]}"; do
    echo "Verifying: $item ... PASS"
done

echo "System verified. Ready for non-PFAS dielectric fluid fill."
EOF
chmod +x /tmp/check_cooling_transition.sh
/tmp/check_cooling_transition.sh

步骤 3：加注并预充非 PFAS 冷却液

将新的合成碳氢化合物或直接芯片冷却液引入主循环回路。由于合成油的粘度高于含氟化学品，泵速和管路必须适应这种差异：

• 缓慢注满储液槽，以防止卷入空气和产生微小气泡。
• 低速运行循环泵，以清除冷板微通道和分流管中的空气。
• 确认滤芯两端的流量和压差符合液体制造商的指导规范。

步骤 4：在负载下验证温度曲线

冷却回路预充完成后，在所有节点上运行综合基准测试负载以确认散热性能：

• 通过 IPMI 或基板管理控制器监测芯片结温。
• 核实入口液体温度保持在正常运行范围内，通常为 30 至 45 摄氏度。
• 确认排热单元在机架峰值功率消耗下保持稳定。

结论

3M 退出数据中心冷却液市场，为两相含氟化学品浸没冷却画上了句号，但这也加速了向可持续冷却技术的转变。现代 AI 基础设施依靠芯片级直接冷板和单相合成碳氢化合物来处理密集的散热负荷。通过告别 PFAS 化学品，数据中心运营商既保护了环境，消除了合规隐患，又构建起能够承载下一代计算的高弹性设施。

优势

• 消除了与永久化学品相关的法律、环境和合规风险。
• 防止由蒸发性含氟化学蒸汽逸散造成的温室气体排放。
• 降低持续运行中的流体成本，因为合成碳氢化合物的成本明显低于含氟化学品。
• 借助成熟的芯片级直接冷板架构，实现 AI 集群的安全扩展。
• 促进业界围绕无毒、易获取的冷却液达成标准化。

劣势

• 合成碳氢油的粘度较高，需要调整泵的规格和流量。
• 维护浸没在碳氢油中的服务器需要使用接油盘和清洗工作站来处理油性残留物。
• 必须在传统硬件中审查并更换不兼容的塑料、导热硅脂和橡胶密封件。
• 芯片级直接冷却系统在每个机箱内部引入了内部管路和漏液检测传感器，增加了机械复杂性。

注意事项

本文仅供教育和参考目的。操作规程和参考数值必须根据您的具体设施要求、硬件供应商指南以及当地环境法规进行调整。在修改数据中心冷却基础设施之前，请务必与具备资质的专业人士核实工程规范和安全数据表（SDS）。

常见问题

• 3M 数据中心冷却液有什么用途？ — 3M 生产了专用的含氟化学液体，例如 Novec 和 Fluorinert，在数据中心浸没式冷却中用作不导电的介电质冷却液。
• 3M 为何停止生产数据中心冷却液？ — 出于对环境持久性、法规限制和健康问题的考量，3M 宣布在 2025 年底前退出所有 PFAS 的制造。
• 什么是介电液？ — 介电液是一种不导电的液体，允许服务器主板和处理器直接浸入其中而不会短路。
• 单相与两相浸没式冷却有什么区别？ — 单相冷却在整个过程中保持流体为液态，而两相冷却则使液体在发热芯片上沸腾，并将蒸汽冷凝回液体。
• 数据中心是否彻底放弃了液冷？ — 并没有，数据中心正在迅速扩大液冷的应用，转型采用芯片直接冷板和单相碳氢化合物浸没液。
• 现代浸没槽用什么来替代 3M 液体？ — 运营商主要使用合成碳氢化合物、天然气制油（GTL）以及合成酯，这些液体不含 PFAS，且全球变暖潜能值为零。
• 为什么芯片级直接冷却系统比整机浸没更为普遍？ — 芯片级直接冷却采用隔离在冷板内的常规水-乙二醇循环，使得服务器维护更加简便，且无需浸没整个机箱。

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