# 資料中心的水到底流去哪裡：一集 podcast 拆開散熱設計這個選擇

來源：Realpha 讀市場（blog.getrealpha.com）
原文與圖表：https://blog.getrealpha.com/blog/catalyst-2026-10-08-the-truth-about-data-center-water-usage/

> 聽 2026-10-08《Catalyst with Shayle Kann》與散熱專家 Tim Shed 的對談筆記：資料中心耗水多寡由散熱設計決定，而這個設計正以吉瓦規模敲定。教育性質的聽後心得，討論產業結構與判讀方法，不含投資建議、不涉個股推薦。

Published: 2026-10-08
Locale: zh-TW
Tags: 資料中心, 液冷, 水資源, AI基建, 能源轉型


![機房走道深處，粗黑的液冷管線沿著地板延伸到遠端一扇半開的門，門外是黃昏的熱光](/covers/catalyst-2026-10-08-the-truth-about-data-center-water-usage-cover.png)

> 水者何也？萬物之本原也，諸生之宗室也。
>
> —— 《管子・水地》（戰國）

2026 年 10 月 8 日那集《Catalyst with Shayle Kann》，主持人 Shayle Kann 找來資料中心散熱專家、Abundant Insights 創辦人 Tim Shed，問了一個聽起來很笨但其實沒人答得清楚的問題：資料中心裡的水，到底流去哪裡。Shed 的答案是，一座資料中心耗多少水主要由散熱設計決定，而那個設計現在正以吉瓦為單位被敲定——用冷板把晶片的熱收進攝氏 45 度的水、回水 55 度，多數氣候就能讓熱一路下坡排到戶外，省掉冰水機，也省掉要蒸發的那些水。Shayle 開場給的對照是一座 300 百萬瓦、採蒸發冷卻的資料中心一年約用 1.5 億加侖水，同容量的複循環燃氣電廠大約是它的三倍。這條推論只涵蓋營運期：建廠灌管、沖洗管路、工地灑水抑塵一樣要水，碰上印度盛夏那種氣候也還是得靠冰水機把熱往上推。

## 先把那個數字放進尺裡

爭資料中心用水的兩邊，講的話幾乎碰不到彼此。反對的一方說資料中心在抽地下水、在跟鎮上的人搶飲用水；支持的一方說這點水在農業旁邊是四捨五入掉的誤差，而且新廠根本不怎麼用水。

Shayle 的處理方式是先把數字放進一把尺裡。1.5 億加侖是大數字還是小數字？他給了兩個參照：同容量的複循環電廠要三倍；或者換成農田，大約是 550 英畝灌溉大豆一年喝掉的量。

![三條橫條比較年用水量，資料中心的那條最短，複循環電廠的那條是它的三倍長，農田那條與資料中心等長](/figures/water-scale-three-references.svg)

這把尺讓人安靜了一點，可是它沒回答問題。它只回答了「過去那種廠」的量級。Shed 接下來講的那段，我聽了兩次——他說這整波用水冷晶片的推力，到現在也才約三年。三年的意思是，你手上任何一份產業平均用水量，描述的都是你還沒看到的那一代廠之前的世界。

## 熱卡在哪裡：從 9 千瓦到 220 千瓦

要懂水去哪裡，得先懂熱從哪裡出來。

Shed 說，歷史上機櫃平均密度大約 9 千瓦。那個量級最便宜最快的做法就是風冷：把空調擺在機房四周，管路離電腦遠遠的，中間用冷熱通道把氣流分開，想放誰家的伺服器都行——空氣不挑。他講了一句我很喜歡的話：「Air doesn't care.」

問題出在把風從房間邊緣推到中間要耗不少風扇功，而且冷熱空氣一定會混。所以高效能運算一路往 30、40 千瓦走的時候，業界把散熱器搬到機櫃旁邊，後門熱交換器、列間冷卻，概念都一樣：把熱交換器貼到熱源旁，風扇只要搬很短的距離，旁邊的機櫃不需要散熱時風扇就降速。Shed 在 Dell 的時候，用後門熱交換器出的機櫃常態做到每櫃 80 千瓦，他說那種架構的效率在那個功率以下幾乎不輸直接液冷。

再往上就推不動了。今天呢？大家熟悉的 NVL72 系列機櫃，含電源在內標到每櫃 220 千瓦。而 Shed 說那還不是上限——Dell 正在 Lawrence Berkeley 國家實驗室裝的 Doudna 超級電腦叢集，功率一路往上爬到大約每櫃 280 千瓦；他們已經把 400 到 500 千瓦的機櫃規劃過了。

![六級由低到高的階梯，從每櫃九千瓦一路爬到五百千瓦，前兩級標風冷、後三級標液冷](/figures/rack-density-staircase.svg)

這裡有個容易被誤讀的地方。Shed 特別停下來澄清：把東西擠成這樣沒有人在玩金氏世界紀錄。密度是逼出來的——你要讓資料中心裡的每一顆 GPU 跟其他每一顆說話，網路線和交換器都很貴，所以你想把它們塞到最近；同一塊主機板或同一個機櫃裡才用得上高速互連。至於單顆晶片越來越耗電，也是因為 Nvidia、AMD、Intel 都在學著把同樣的矽操得更兇，而有些情況下操到多兇「只由散熱決定」——電學上還能更快、供電上還能更快，卡住的是熱出不出來。

## 關鍵那一步：把水弄熱，不是把水用多

這就到了這集最值得記的那一步。

Shed 把熱從晶片到戶外的旅程拆成三段：先在伺服器裡收熱，收熱的那套叫 TCS（technology cooling system）；TCS 透過一片板式熱交換器把熱交給 FWS（facility water system）；FWS 再把熱交給戶外的排熱設備，可能是冰水機、冷卻塔、乾式冷卻器，看那個氣候適合什麼。

然後他說了一句讓整個爭論換位置的話：FWS 不在乎另一邊是什麼技術。單相、兩相、浸沒，交過來就是一片熱交換器。FWS 在乎的只有一件事——另一邊交過來的溫度有多高。

為什麼溫度越高越好？因為你要把熱從系統裡最燙的那一點搬到戶外，最省的辦法是讓它一路下坡，靠熱力學自己走，除了泵不用再輸入能量。晶片端的水越熱，戶外那一端就越容易接得住。

![一條從左上往右下的下坡線，三個節點依序是晶片、兩套水路交接、戶外，溫度一路遞減](/figures/heat-downhill-three-stages.svg)

冷板就是在幹這件事。Shed 描述它其實是一片大約 1.5 到 2 毫米厚的銅，表面被刨起一層層薄鰭片，銅厚和間距都在 100 微米上下、約 3 毫米高，水要流進每一道微流道把熱帶走。他說做到讓水流均勻並不輕鬆，但做成了以後效能驚人：今天可以用 45 度的水冷掉一顆 1400 瓦、甚至 1800 瓦的處理器，而三年前辦不到。

![冷板剖面放大圖，一片薄銅底板上長出密集細鰭片，標出銅厚兩毫米、鰭高三毫米、鰭厚百微米](/figures/cold-plate-microchannel-scale.svg)

45 度進、55 度回。Shed 換算成華氏大概 135 度，然後說：除了印度盛夏那種最糟的日子，這種溫度的熱在大部分地方可以直接排到戶外，不怎麼耗能，也不用蒸發水。

所以耗水這件事的因果鏈長這樣：冷板讓 TCS 交出更高的水溫 → 更高的水溫給 FWS 更多排熱選項 → 更多選項讓你可以少用水、甚至不用水。Shed 自己收尾的那句是：收熱端盡量做到最好，排熱端才有本錢省。

## 為什麼不是「只是換了最佳化目標」

這段是 Shayle 全集問得最漂亮的地方，也是我覺得這條推論真正站得住的理由。

他把兩種解釋攤開來問 Shed：新廠用水變少，有多少是因為當年超大規模業者把目標設在省電（省電最佳解就是蒸發水，所以他們用水）、現在把目標改成省水，所以換個方法就少用了；有多少是因為 TCS 溫度拉高這個技術變化。這是兩個完全不同的故事——如果是前者，省水是一個可以隨時改回去的政策；如果是後者，省水是物理給的紅利。

Shed 說大部分來自後者。他的理由不繞：如果我在風冷，我在機房裡沒有蒸發水沒錯，可是我需要冷水去造冷風，我得把冷水送到熱交換器才生得出冷風，而那意味著我需要冰水機；而冰水機最省電的跑法，看氣候，常常是配一座冷卻塔給它供冷水。於是我省了電，卻耗了水。風冷與用水從來就綁在一起，這一點是我聽完這集最意外的收穫——我原本以為液冷是「開始用水」，它其實是「把水從蒸發掉的那條路上拿下來」。

![左右兩格對比，左邊風冷的路徑較長且末端有水滴往上蒸發散失，右邊液冷的路徑較短且末端沒有水滴](/figures/aircooled-vs-liquid-water-path.svg)

這也解釋了為什麼 Shed 說超大規模業者當年那些蒸發冷卻系統「設計得很漂亮」：噴濕一層填充材、吹風過去、靠蒸發把空氣降溫，用相對少量的水換到大量的冷卻。那個設計在它的目標函數裡是對的。只是它的目標函數裡沒有水。

## 這條推論在哪裡會失效

Shed 自己點了三處，我覺得比結論本身更值得抄下來。

第一，營運期不等於全生命週期。他說得很直白：蓋一棟要吃 500 百萬瓦的大樓，它就是會用水——工地灑水抑塵、整路基、灌混凝土都要。而且這些廠的管路巨大，灌滿、沖洗、清洗都要水。他說早年這些水「大概都倒掉了」，現在多數公司會派泵車來、在現場過濾回收，浪費少了很多，可是填管和清洗那一次還是會從某處取水。

![一條時間線，左段施工期有幾根又高又窄的用水尖峰，右段營運期是一條又低又長的平線](/figures/construction-vs-operation-water.svg)

第二，取水的地點跟用水的地點可能不是同一個。那些水有可能是從肯塔基州列星頓某座廠用卡車運來的。所以「這座廠用了多少水」和「這個鎮的水少了多少」之間沒有強相關——這是兩個不同的問題，被講成一個。

![左邊一個遠方取水點用箭頭連到右邊的廠址，廠址旁另有一個未相連的當地含水層，顯示兩者是分開的](/figures/water-source-is-not-water-site.svg)

第三，也是他講得最小心的一段：他不想說一個看到自家水位在降的社區是搞錯了。他的說法是往深處挖通常會找到很多原因，資料中心未必是唯一的，也未必是散熱系統造成的，可能是鋪那條通往資料中心的路用掉的——那樣資料中心還是有責任，只是那不是持續性的用量。

第四個失效條件 Shed 沒明講，但他的數字擺在那裡：45 度的水在大部分氣候排得掉，碰到戶外超過攝氏 43 度的日子就不行，那時候熱得往上推，冰水機要開，耗電上去。有些氣候一年有半年在這個狀態。所以「低耗水」是一個隨氣候帶變化的結論，不是一個全球適用的規格。

![一條水平的四十三度門檻線，左側多數氣候的戶外溫度在線下熱可往下排，右側極熱日戶外溫度超過線上必須開冰水機](/figures/outdoor-temperature-threshold.svg)

## 如果你想自己判讀一座新廠

聽完我在想的是，一般人碰到這種爭議時真正的困境：公司說數字很小，鄰居說井在乾，兩邊都拿得出東西，你要相信誰？我自己的經驗是，這種時候去比對雙方的數字幾乎沒用，因為他們在量不同的東西。

我試著把這集教我的東西收成三個問題，下次看到一座新廠的新聞我會先問這三個：

第一，這個數字講的是哪一代廠？Shed 說液冷這波推力才三年。任何引用「資料中心平均用水」的說法，都值得先問它的樣本是哪些年份的廠——用 2019 年的平均去描述 2026 年動土的廠，跟用十年前的車去描述今天的油耗一樣。

第二，它在營運還是在蓋？這兩個數字都是真的，混在一起講就會變成兩邊都覺得對方在騙人。社區在施工期看到的水車，跟公司在年報裡講的營運耗水，可以同時成立。

第三，水從哪裡來？「這座廠用了 X 加侖」跟「這個含水層少了 X 加侖」要分開問。這一題有答案的廠，溝通起來誠實得多。

至於微軟。Shed 舉了威斯康辛那座廠當正面例子：他們走在問題前面，主動向社區說明怎麼散熱、打算用多少水、怎麼做到。而他接著說——我覺得這句話是整集最誠實的——他還是看到那座廠被反彈，水還是被拿出來講。他的結論是透明應該當成入場門票而非加分項，然後他猜這事情根子上是人的問題：一種對正在身邊長出來的新技術的不安，而那些巨大、沒有表情的建築很容易成為承接不安的對象。

## 另外幾件值得記的

- **兩相直接到晶片還沒量產，而它的賣點不是效能。** Shed 自己開過做這個的公司。把冷媒打到晶片上、在鰭片上煮沸，「泡泡很好看」，但效能跟單相差不多。真正的好處是管子可以細很多——而今天的液冷硬體在伺服器裡佔掉大量空間，省下來的體積可以還給運算。
- **浸沒式用油這件事有個物理上的硬傷。** Shed 的比喻：熱天你興奮地跳進泳池，結果池子裡裝的是油，那不會讓你涼。油本身是不好的熱傳導流體，適合從大面積收低密度的熱，不適合從高效能處理器身上收熱。所以浸沒陣營現在的路線是晶片上照樣貼冷板，剩下那些小元件的熱才交給浸沒液。
- **防凍液裡有 1% 到 2% 你從沒想過的東西。** 單相直接到晶片用的是水加 25% 丙二醇，粗略講就是你車上那瓶防凍液稀釋過。Shed 說那瓶東西裡真正關鍵的是 1% 到 2% 的抑制劑配方——它讓鋁、黃銅和一堆材料泡在裡面好幾年不腐蝕。他講這段的語氣是真心佩服。液冷系統要顧的是同一件事。
- **冷板的產量級數跳了一個量級。** 2022 年全產業可能在一年十萬片的量級，今天是每月數十萬片，Shed 說明年可能逼近每月一百萬片。

![三根換算成每月產量的長條，二零二二年那根幾乎看不見，今天的一根高出一大截，明年預估的一根再翻三倍](/figures/cold-plate-output-jump.svg)
- **為什麼業界現在押單相直接到晶片。** Shed 的理由全是供應鏈的：它現在就能放大、全球供應鏈夠厚、冷卻液供應商有能力在全球供應合格的液。到了每月百萬片的節奏，跟得上的技術才是贏的技術。

## 可以參考的資料

- 《Catalyst with Shayle Kann》2026 年 10 月 8 日那集，主持人 Shayle Kann，受訪者 Tim Shed（Abundant Insights 創辦人）。Latitude Media 製作，音訊與影片版都有。
- Shed 提到他與同事約三、四年前發表過一篇探討兩相浸沒式散熱熱力學限制的論文，想追兩相這條線的人可以從那裡開始。
- 微軟在威斯康辛資料中心的用水溝通，Shed 把它當成業界溝通的參考案例。

## 帶得走的一件事

這集真正教我的是一件跟水無關的事：**當兩邊都拿得出數字卻吵不出結果，問題通常在於那個數字描述的是一個已經過去的設計選擇。** 1.5 億加侖是真的，近乎零耗水也是真的，差別在中間有一個人坐下來選了冷板和出水溫度。你要爭的不是那個數字，是那個選擇現在在誰手上、什麼時候做。

我試過一個做法，拿來用在家裡的爭論上也成立。下次你跟人為一個數字僵住的時候，別急著反駁它，先問一句：「這個數字是在什麼條件下量出來的？」然後各自把條件寫下來——哪一年、哪一台、哪一種做法、有沒有包含某個階段。我第一次這樣做是跟我太太吵電費，兩個人都覺得自己記得的數字才對；條件寫下來以後發現她講的是去年夏天、我講的是今年春天，吵的根本是兩件事。寫條件比吵數字快得多，而且它會把你們推向同一邊。