Alloy Enterprises利用3D打印打造数据中心冷却的未来

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导读：据麦肯锡公司预测，到 2030 年，全球对数据中心容量的需求可能每年增长19-20%，到2030 年底，年消耗量将达到171 至 219 千兆瓦。

2025年8月8日，总部位于伯灵顿的合金企业 (Alloy Enterprises)凭借美国制造的直接液冷 (DLC) 冷板来满足这一领域日益增长的需求。这些冷板旨在提高 GPU 服务器机架效率，将功耗降低 21%，并将泵送压力降低四倍。

Alloy 使用专有的金属增材制造技术Stack Forging 来生产零部件。该工艺将激光切割的铝板和铜板层熔合在一起，形成完全致密的高性能部件。据公司首席执行官 Ali Forsyth 介绍，这种方法可以创建小至 50 µm 的内部微通道。她还表示表示2024年GPU和歧管冷却的潜在市场规模将达到11亿美元，预计复合年增长率为36%。Forsyth称堆叠锻造是满足数据中心冷却日益增长的需求的理想增材制造工艺，并透露Alloy正在扩展DLC解决方案以实现量产。

Alloy公司每月可生产15,000个零部件，成品率高达92%，使用铝材成本不到每公斤10美元，比激光粉末床熔合（LPBF）工艺中使用的6061铝材便宜20倍。Alloy还将铜融入DLC解决方案中，与单独使用铝材相比，热性能提高了约30%。Forsyth强调了减少数据中心碳排放的迫切需要，指出核聚变等更清洁的能源是避免迫在眉睫的能源危机的关键。

△AlloyEnterprises 首席执行官 Ali Forsyth。图片来自 Alloy Enterprises。

什么是堆叠锻造？

Alloy Enterprises 成立于 2020 年初，致力于开发一种能够以比现有金属 3D 打印方法更高的产量和更低的成本生产完全致密的铝部件的工艺。

Forsyth解释道：“我们的目标就是让大量的金属通过机器运转，制造出高性能的部件。我们相信，如果我们能够创造出一种能够做到这一点的制造工艺，就能在更大批量生产的基础上，开辟一些新的市场机会。”

Forsyth的公司目前在生产车间实行两班倒，部分设备全天候运行。过去两年，Alloy 的先进热管理需求不断增长，主要原因是客户希望为高功率设备提供更好的冷却效果。最初，客户的兴趣主要集中在光子学和国防领域，但很快扩展到半导体设备、数据中心和 GPU 冷却领域。

如今，Alloy公司专注于热管理硬件，尤其是数据中心服务器机架的热管理硬件。Forsyth 解释说，他们向全球 15 家客户交付经过认证的组件，其中包括一些“业内巨头”。公司主要客户是服务器机架OEM、超大规模企业和芯片制造商。

Alloy 技术的核心是专有的叠层锻造工艺：首先采用 6061 铝合金或 C110 铜薄板，厚度通常为 350 至 400 微米。每一层都经过激光切割，以定义零件的几何形状，包括复杂的内部通道和多部件嵌套。然后，将一种类似脱模剂的抑制剂选择性地打印到表面，然后将各层堆叠并放入“粘合机”。粘合机在受控环境中提供热量和压力，以形成坚固、致密的组件。最后，对零件进行热处理，以增强强度和硬度。

值得注意的是，这些单片组件完全无泄漏，这对于使用液体冷却价值数百万美元的GPU机架来说，是一个至关重要的优势。Forsyth说道：“降低这种极其昂贵且高价值的硬件发生泄漏的可能性至关重要。”

另一个关键差异在于Alloy的精度以及制造传统制造方法无法实现的封闭复杂几何形状的能力。更精细的微通道可提供更高的热性能，这是优化高功率电子产品的关键因素。

Forsyth 强调，叠层锻造优于其他金属增材制造工艺。她指出：“使用 LPBF 制造的最小可比通道尺寸可达 300 µm 左右，而叠层锻造可达到 50 µm。而我们正在努力缩小到10 µm。此外，由于 Alloy 的方法避免了熔化、烧结或熔合，因此所生产的组件无孔隙，并具有卓越的机械强度。”

Stack Forging 在打印速度和吞吐量方面也具有显著优势，单台激光器吞吐量是 LPBF 的 9 倍。在材料方面，Alloy 的铝板比粉末基 6061 铝板便宜 20 倍，而且更容易处理。与需要耗能雾化和复杂后处理的金属粉末不同，Alloy 的片状原料具有较低的碳足迹，并消除了粉末滞留在狭窄内部通道中的风险。

同时，废料（主要是支撑部分）可以轻松收集和回收。Forsyth补充道：“我们的工艺设计充分考虑了可重复利用性，铝和铜废料都可以重新熔化并制成板材，最大程度地减少浪费。”

△AlloyEnterprises 采用 Stack Forging 工艺制造的铝制部件。图片来自 Alloy Enterprises。

增强数据中心的热管理

保持数据中心低温运行是一项紧迫的挑战。随着数字基础设施的扩张，服务器处理的数据量越来越大，并产生大量的热量。由于服务器机架的平均功率密度很高，支持人工智能的数据中心尤其耗电。

据麦肯锡称，平均功率密度将从2022年的8千瓦增加一倍多，达到2024年的17千瓦，预计到2027年将达到30千瓦。像OpenAI的ChatGPT这样的训练模型，每个机架可能需要超过80千瓦的功率。在今年的GTC AI大会上，NVIDIA首席执行官黄仁勋展示了公司全新的NVL576机架，机架的功率高达600千瓦。

Forsyth表示：“芯片制造商正在生产更大、更热的处理器，这使得高效冷却成为数据中心的关键问题。”她指出，冷却这些系统会消耗数据中心总电力的20%以上，因此热效率至关重要。

△AMDMI300 冷板的 CT 扫描图，带有内部冷却通道。视频来自Alloy Enterprises

Alloy Enterprises 旨在通过直接液冷 (DLC) 解决方案应对这些挑战，冷却板具有复杂的内部微毛细管，可提高冷却效率。据称，这些复杂的架构可将热阻降低高达 50%，并将电源使用效率 (PUE) 提高 18%。3D打印组件还具有极低的压降，压降比最接近的竞争对手低四倍。这降低了泵送阻力并提高了液体流速，这意味着在数据中心机架周围循环冷却液所需的能量更少。

至关重要的是，提升热性能使数据中心能够使用更高温度的水（通常为 44°C）来冷却更强大的芯片。“你希望能够在整个设施内循环使用更温暖的水，”Forsyth 解释说。这反过来又允许干式冷水机组将热量排放到室外，从而避免了对高能耗制冷空调系统的需求。Forsyth 认为这“对于节能至关重要”。

Forsyth 认为“100% 液体冷却是未来的发展方向”，无需像空气冷却那样使用笨重且耗能的散热器和风扇。Alloy 公司专注于液体冷却的组件还能实现更高的冷却密度，使机架制造商能够安装更多电子设备。

除了GPU之外，这些外围组件还包括内存、SSD硬盘、电源、QSFP收发器和网络接口卡 (NIC)。Forsyth解释说：“我们有很多客户希望整合零件，以便用一块冷却板同时冷却多个部件。”在2030年的模拟情景中，Alloy的技术与次优方案相比，可将75兆瓦数据中心的总功耗降低21%。

Alloy Enterprises 开始使用 6061 铝板生产3D 打印 GPU 冷却装置。今年早些时候，公司使用同样的材料为 NVIDIA 的H100 PCIe 卡打造了一块液冷板。这款高性能数据中心 GPU 旨在加速人工智能和高级计算。Alloy 使用nTop的拓扑优化设计软件开发了冷却板，研究团队在这一过程能够利用模拟数据（包括热通量、流体流动和结构约束）优化设备的几何形状。

近几个月来，Alloy 已将目光投向了铝以外的领域，并于 6 月推出了铜 DLC 解决方案。据报道，该公司通过使用 C110 铜的冷却效率较铝提高了约 30%。铜材料还符合ASHRAE化学兼容性标准，降低了腐蚀、降解和泄漏的风险。

△AlloyEnterprises 的铜质 DLC 冷却板。图片来自Alloy Enterprises。

金属3D打印批量生产

随着人工智能计算需求的激增，Alloy 正在加大产能以跟上步伐。现有工厂每月可生产 15,000 个组件。通过在生产线上添加额外的模块化堆叠锻造单元，可以扩大产能。

Stack Forging 的可扩展性是这项技术开发的核心，目标是实现公司 DLC 设备的“量产”。Forsyth透露：“我们完全有能力满足每年需要数万个组件的客户的需求。”

随着数据中心冷却市场的持续增长，这种规模至关重要。计算需求正在飙升，为计算提供动力的电力需求也在飙升，冷却组件的需求也随之飙升。

这位首席执行官曾担任3D打印机OEMDesktop Metal的工程经理，她表示计划扩大产量以满足不断增长的客户需求。公司重点将放在下一代数据中心上，目前没有对现有设施进行改造的计划。

Forsyth指出，培训客户可靠地操作 3D 打印系统以及设计用于增材制造的零件面临着巨大的挑战，所以 Alloy 选择内部生产 DLC 组件，而不是将StackForging 设备出售给客户。她表示：“我们面临两个选择：要么在五个客户现场安装首批五台机器，要么在我们工厂内由员工操作安装首批五台机器。为了确保可靠性和质量，我们认为最好的办法就是言出必行。”

这种内部方法正在取得成效。近年来，Alloy 稳步提升设备效率，到 2025 年 5 月，零件良率已达到92%，这在工业 3D 打印领域树立了令人瞩目的标杆。

△AlloyEnterprises 的铜冷板。图片来自 Alloy Enterprises。

3D打印GPU冷却的未来

展望未来，Forsyth 承认数据中心的电力供应并非无限，因此提高热效率至关重要。Forsyth 说道：“节省的每一千瓦都可以用来生成更多代币或运行更多计算。这意味着更高的营收或更少的二氧化碳排放。”

事实上，随着环境法规和排放目标的日益严格，数据中心的碳足迹正面临越来越严格的审查。根据国际能源署(IEA) 的数据，2024 年数据中心的耗电量约为 415 太瓦时，约占全球用电量的 1.5%。IEA 估计，要实现净零排放目标，数据中心的排放量必须在 2030 年前减半。

Alloy 的许多客户，尤其是超大规模客户，都致力于减少碳足迹。对于 Forsyth 来说，DLC 的效率提升是实现这些目标的关键。她强调了能够提供更高的每千瓦计算能力，并且能够在 44°C 的非冷却水临界温度下运行。她还指出，Stack Forging 的薄板原料产生的二氧化碳比 LPBF 中使用的金属粉末少得多，而且更容易回收和再利用。

这位科技公司首席执行官还呼吁向更清洁的能源转型，为数据中心供电。她强调了谷歌最近与ARC达成的协议，后者是一家由麻省理工学院衍生公司Commonwealth Fusion Systems (CFS)开发的紧凑型核聚变工厂。ARC位于弗吉尼亚州切斯特菲尔德县，目标是在2030年代初提供清洁能源。

最后，Forsyth感叹道：“我认为我们整个社会都会从中受益。如果数据中心推动了这些创新，那么我同意，因为全世界都需要它。”