AI伺服器液冷系統可靠度測試驗證-水錘效應與壓力脈衝測試

AI伺服器液冷系統的核心關鍵

資料中心全年365天、24小時不間斷運作，對電子零組件的可靠度要求極高，通常需達到低於0.3%的年故障率(AFR)，並具備超過6年的產品生命週期。隨著2023年生成式AI的興起，以及NVIDIA GB200等高功率平台的推出，液冷散熱系統逐漸成為關鍵技術。

液冷系統的可靠度瓶頸

一旦液冷零組件發生破裂、變形或接頭鬆脫，導致冷卻液（PG25）外洩，將使高價值的 GPU 叢集面臨短路與設備損毀的高風險，進而影響整體系統運作與營運穩定性。

液冷系統設計者考量的失效模式與測試驗證機制

在實際案例中，尤其是在產品開發初期，設計者除了考量零組件的最大壓力點，也需考量長期壓力循環所造成的材料疲勞累積，因此依據設計特性導入水錘(Water Hammer)、壓力脈衝(Pressure Impulse)，亦即壓力循環(Pressure Cycle)等測試驗證機制，是確保液冷系統在長期運行下仍能維持穩定與可靠的關鍵。

水錘與壓力脈衝的測試差異

雖然兩者皆透過壓力變化來模擬管路內部異常升壓的情境，但在流體動力學行為上仍存在本質差異。其觸發機制、壓力波形特徵、能量傳遞方式，以及對材料所造成的疲勞損傷模式皆不相同。

如何區分水錘效應與壓力脈衝，是制定測試方法並正確評估液冷零組件壽命的重要前提。

【水錘效應與壓力脈衝之特性與差異對照表】

【水錘效應示意圖】

水錘效應與壓力脈衝常見驗證對象包含哪些 ?

水錘效應與壓力脈衝主要應用於 AI 伺服器液冷散熱系統中的次級迴路(Secondary Loop)。由於各零組件在幾何設計、材料特性與使用環境上存在差異，在高壓條件下會呈現不同的應力疲勞與失效模式，常見驗證對象包含：

水冷板(Cold Plate)
機櫃內液冷分歧管(In-Rack Manifold)
通用快接頭(UQD/UQDB)
軟管組件(Hose Kit)
分集水器供回水系統(Manifold Supply/Return System)
各式水冷閥件(Reducing Valve、Check Valve、Flow Control Valve)

依循國際標準，確保測試一致性

OCP(Open Compute Project)：系統需通過至少 5,000 次動態壓力脈衝循環驗證。
SAE J343/ISO 6803：針對彈性軟管組件(Hose Kit)，於規定工作壓力下進行高達 20萬次以上的壓力脈衝疲勞測試。
ISO 19879：針對剛性金屬管件與接頭(Manifold & Quick Disconnect)，規範最高達 1,000,000 次連續循環之高週期金屬疲勞測試要求。
ASSE 1061(American Society of Sanitary Engineering)：針對建築用冷熱水分配系統(閥件)，定義水錘試驗之性能驗證要求。