风冷 vs 液冷 ASIC — 现代挖矿硬件如何保持低温

为什么冷却决定 ASIC 效率

ASIC 的核心规格 — 规格表上印着的 "15 J/TH" 或 "12 J/TH" — 并不是芯片本身的固有属性,而是芯片被保持在设计温度下时所达到的效率。如果晶粒温度突破大约 75–85°C,固件就会开始降低时钟频率以保护硅片,导致算力下降,而墙电功耗几乎不变。即使箱体标签没变,实际效率也已经变差。

持续的性能需要持续的散热。每一焦耳电能输入最终几乎全部转化为一焦耳热能,因此一台 3,500 W 的矿机同时也是一台 3,500 W 的电暖器。热量必须足够快地离开机箱,才能把芯片保持在工作窗口内 — 不只是凉爽清晨,而是在连续满载数周后的 40°C 夏日午后也同样如此。

冷却还决定了芯片密度的上限。在同一机箱中塞入更多算力板,或在每块板上挤入更多芯片,只有在能够排出额外热量的情况下才可行。这也是为什么市面上算力最高、J/TH 最低的机型几乎都采用液冷:热预算才是解锁密度的关键,而非不同的硅工艺。

风冷的工作原理

风冷是大家熟悉的模式。每块算力板夹在通过导热膏或导热垫与 ASIC 芯片贴合的铝制散热片之间。机箱一端是一排高静压轴流风扇,把冷空气吸过整组板组;另一端是同等规格的风扇把热空气推出去。一台典型的 S21 级风冷机型会连续推送 1,500 到 3,000 CFM 之间的气流。

热量以温热气流的形式离开机器,通常为 40–50°C,具体取决于进气温度和负载。在矿场层面,这些机器排列成行,气流汇入热通道,通过自然通风或机械排风排出建筑外。您在每座大型挖矿仓库外看到的风扇墙 — 包括我们在哈萨克斯坦的矿场 — 存在的意义就是以足够快的速度把热空气排出去,让进气温度保持低位。

风冷是诚实的工程:物理一目了然,失效模式显而易见,一位带着螺丝刀的技师几乎能在现场修好一切。代价是空气本身是一种平庸的冷却介质。按体积计算,空气的比热容大约只有水的 1/4000,为了吸收同样的热量,需要大得多的质量流量,这意味着更响的风扇、更高的静压,最终会撞上一堵不烧掉东西就无法越过的密度墙。

液冷的工作原理

液冷 ASIC 用直接螺接在算力板上的冷板取代了散热片加风扇的组合。一条闭式水-乙二醇冷却液回路 — 通常含 30–50% 乙二醇用于防冻和抑制腐蚀 — 被泵送过这些冷板,吸收芯片热量,然后通过绝热的快插管路带出机器。热的冷却液随后流向外部散热器、干冷器或冷水机组,在那里将热量释放到环境空气中,冷却后的液体再返回矿机。由于机器内部没有推动高 CFM 气流的风扇,仅剩冷却液回路,矿机本身几乎静音运行。

液冷并不等于浸没冷却。浸没冷却是把整个算力板组件浸入绝缘液体槽中(单相矿物油或双相氟碳化合物);液冷则把冷却液保持在密封冷板和管路内,电子元件保持干燥。两者解决的是同一个问题,但属于不同产品,具有不同的资本开支、不同的服务模式和不同的失效模式。

噪声并没有消失 — 只是搬了地方。在液冷大厅内,您可以在一个抽取数十千瓦的机架旁正常对话。原本塞在每台矿机内部的风扇和压缩机如今集中在外部冷却站,可以布置在远离办公区的位置,并作为一个整体进行优化,而不是数百个小系统各自为战。

效率与密度 — 并排对比

最干净的比较是选取同一代机型,把硅片变量锁定。风冷的 S21 Pro 和液冷的 S21 XP Hyd 都源自比特大陆当代 SHA-256 ASIC。下表中的差距几乎完全归因于散热方式。

20% 的效率差不是营销话术 — 它意味着用少 20% 的电就能挖出相同数量的 BTC。在机器的整个生命周期中,当算力价格下行时,这会累积成显著不同的盈亏平衡曲线。密度数字更为惊人:单台液冷机箱输出的算力超过其风冷同门的两倍,这改变了相同设施规模下所需的机架空间、布线和占地面积。

为什么 NoxHash 两种范式并行运行

我们不把风冷与液冷当成宗教之争。我们的机队在风冷一侧混合了蚂蚁 S21 Pro、神马 M60S 和 M66S,在液冷一侧则有蚂蚁 S21 XP Hyd 和 S21 Hyd。中端租赁套餐对应风冷机队;企业级套餐部署在液冷机架上。并行运行而非统一标准化有三个理由。

哈萨克斯坦的气候是送给两者的礼物。冬季环境温度连续数月维持在 -15°C 到 -30°C。风冷机型在整个冬季几乎可以免费获得冷进气 — 室外空气已经远低于芯片的安全工作温度,内部风扇几乎不需要工作。液冷机型同样受益:冷水机组可以长期运行在负载极低的状态,有时甚至可以完全绕过制冷循环,仅靠干冷器完成散热。同一纬度,两种热架构都能落在最佳工作区间。

多样化保障了运行时间。液冷大厅有一个风冷大厅没有的单点故障:冷水机组。一旦水泵故障或冷却液管出现泄漏,一大片机组可能要下线隔离维修。与此同时,风冷机架依赖的是独立的排风基础设施。反之亦然 — 如果一组排风风扇故障,那一段热通道会升温,但位于不同回路的液冷机组不会受影响。两种热架构意味着两个相互独立的故障域。

供货与代际节奏。比特大陆和神马并不会以相同的价格或相同的节奏同时发布新一代的风冷和液冷版本。有时风冷版本比液冷版早半年上市,有时正好相反。运行混合机队意味着我们可以在扩容时选择先可用的那种版本,而不必苦等某个特定 SKU 到货。

您能在家里运行液冷吗?几乎可以肯定答案是不行

风冷 ASIC 偶尔能适配一个下了决心的家庭设置。一间配有合适通风通道、240 V 电路以及为操作者准备耳塞的车库或专用小屋,足以运行一两台 S21 级机器。过程谈不上舒适,但确实可行。机器出厂就自带运行所需的一切。

液冷则属于另一个范畴。一台孤立的液冷机什么都做不了 — 它只是系统的一半。您还需要与矿机热负载匹配(每台 5–6 kW)的冷水机组或干冷器、绝热冷却液管、分集水器、冷却液、漏液检测,以及一个不在生活空间里的外部设备安置点。外部冷却设备本身就很吵,所以一旦您把设备放到住宅环境里,"静音矿机"的卖点立刻蒸发。管路系统也不可改装:一台风冷 S21 Pro 不能通过加装冷板变成液冷机,算力板和机箱在物理上就是不同的产品。

这正是云算力租赁存在的结构性原因。液冷效率 — 12 J/TH 档位 — 只有在由数百台机器分摊共享冷水机组的矿场中才能在经济上实现。个人矿工无法在任何合理价位触及这种效率。从同时运行两种范式的运营商那里租算力,是小规模参与者接触液冷级 J/TH 的唯一途径。

作为租赁者,这对您意味着什么

常见问题

延伸阅读:比特大陆产品页面发布了每代 S21 风冷与液冷版本的完整规格表;剑桥比特币电力消耗指数则发布全网效率估算,反映出机队散热选择如何塑造整体能耗。