液冷數據中心產業(yè)鏈全景圖

液冷數據中心產業(yè)鏈全景圖截至2022年年底，全國大型及以上用數據中心機架總規(guī)模超過650萬標準機架，算力總規(guī)模達到180EFLOPS，位居全球第二，算力總規(guī)模近五年年均增速超過25%，存力總規(guī)模超過1000EB。其中，智能算力規(guī)模不斷擴大，占比提升至40%以上。人工智能的應用加速數據中心向高密化趨勢演進，導致高性能計算集群對于散熱的要求提升。當前風冷散熱已趨于能力天花板，傳統(tǒng)的空氣冷卻散熱系統(tǒng)已不能完全滿足數據中心服務器散熱需求。液冷散熱將憑借低能耗、高散熱效率、低噪音等優(yōu)勢有望取代風冷成為主流。延展閱讀：液冷服務器：數據中心新趨勢，產業(yè)格局梳理目前，全球高密集度、高供電密度的超大型數據中心已逐漸采用液冷技術。IDC預測，拋開傳統(tǒng)的大規(guī)模數據中心不計，未來有大概20%的邊緣計算數據中心也將采用液冷技術。根據《中國液冷數據中心發(fā)展白皮書》數據，樂觀估計2025年中國液冷數據中心市場規(guī)模將達到1330.3億元。從政策方面來看，在“雙碳”背景下，國家發(fā)改委指導政策明確要求到2025年全國新建大型、超大型數據中心PUE低于1.3，國家樞紐節(jié)點低于1.25。液冷技術在經濟性與散熱效率兩個角度均滿足市場與政策指導需求。01液冷行業(yè)概覽數據中心冷卻技術包含風冷冷卻、水冷冷卻、自然冷卻及液冷冷卻等技術。液冷是以液體作為熱量傳導媒介，通過冷卻液與服務器發(fā)熱部件直接或間接接觸的方式換熱，將發(fā)熱部件產生的熱量帶走的一種服務器散熱技術。由于液體比空氣的比熱容大得多，制冷效率遠高于風冷散熱，并且由于省去了風扇，也可達到降低噪音的效果。相比而言，液冷更適用于高密度功率的數據中心。服務器也因此實現了高密度、低噪音、低傳熱溫差、全年自然冷卻的效果。根據中國電子節(jié)能技術協(xié)會，液冷PUE低于傳統(tǒng)風冷PUE至少50%，意味著眾多數據中心的能耗能夠至少減少50%，碳排放量也將減少50%。PUE即電能利用效率，是數據中心消耗的所有能源與IT負載消耗的能源比值。PUE值越接近于1，表示一個數據中心的綠色化程度越高。因此，PUE值越高，數據中心的整體效率越低。采用液冷技術的數據中心，其PUE低至1.04，相比風冷數據中心能效比提升超30%，單機柜功率密度達160kW，計算設備可靠性至少提升一個數量級液冷三大技術對比液冷技術分為接觸式及非接觸式兩種。接觸式液冷是指將冷卻液體與發(fā)熱器件直接接觸的一種液冷實現方式，包括浸沒式和噴淋式液冷等具體方案。非接觸式液冷是指冷卻液體與發(fā)熱器件不直接接觸的一種液冷實現方式，包括冷板式等具體方案?？傮w來看，液冷技術路徑主要有冷板式液冷、浸沒式液冷、噴淋式液冷三大類。液冷技術分類總覽：資料來源：IDC圈冷板式液冷采用微通道強化換熱技術具有極高的散熱性能。在軍用雷達、高密度數據中心、高性能電腦、動力電池以及高功率LED散熱領域均有應用，是解決大功耗設備部署、提升能效、降低制冷運行費用、降低TCO的有效應用方案。冷板式液冷技術改造成本低、技術最成熟、生態(tài)更完善。冷板式液冷系統(tǒng)部件拆分圖：浸沒式液冷技術通過浸沒發(fā)熱器件，使得器件與液體直接接觸，進而進行熱交換。其中，冷卻液為數據中心的換熱介質，具有高絕緣、低黏度以及超強的兼容特性，是浸沒式液冷技術的主要媒介。浸沒式制冷效率更高，可適配更高功率密度的機柜和數據中心，具有更優(yōu)的節(jié)能效果，在超算、高性能計算領域取得了廣泛應用，全浸沒式液冷式服務器有望成為未來技術趨勢。浸沒式液冷示意圖：資料來源：中科曙光噴淋式液冷是面向芯片級器件精準噴淋，通過重力或系統(tǒng)壓力直接將冷卻液噴灑至發(fā)熱器件或與之連接的導熱元件上的液冷形式，屬于直接接觸式液冷。噴淋式液冷系統(tǒng)主要由冷卻塔、CDU、一次側&二次側液冷管路、冷卻介質和噴淋式液冷機柜組成；其中噴淋式液冷機柜通常包含管路系統(tǒng)、布液系統(tǒng)、噴淋模塊、回液系統(tǒng)等。噴淋式液冷卻效果和低PUE將大幅提升其使用率，但因為改造成本高，現階段落地應用較少。噴淋式液冷示意圖：來源：中興通訊《液冷技術白皮書》02液冷發(fā)展歷史沿革從液冷歷史來看，海外廠商具有先發(fā)優(yōu)勢，中國廠商后來居上實現突圍。1964年，IBM公司研發(fā)出世界首款冷凍水冷卻計算機System360，開創(chuàng)了液冷計算機先河。2008年，IBM重回液冷，發(fā)布了液冷超級計算機Power575。2009年，英特爾推出了礦物油浸沒散熱系統(tǒng)。2011年，中科曙光率先開始了服務器液冷技術的探索與研究，并于2013年完成了首臺冷板式液冷服務器原理機和首臺浸沒式液冷原理驗證。2015-2018年，中科曙光、華為、浪潮信息、聯想、阿里巴巴等一眾國產廠商先后實現了液冷服務器大規(guī)模商業(yè)應用項目的落地，實現彎道超車。2018年，谷歌宣布將在其數據中心采用液冷技術，并表示今后其數據中心的降溫方式將向液冷方向轉變。2019年，中科曙光再下一城，實現了全球首創(chuàng)“刀片式浸沒相變液冷技術”的大規(guī)模部署，將單機功率密度提升至160kW，其TC4600E-LP液冷刀片服務器液冷部分PUE低于1.1，全球領先。液冷服務器發(fā)展歷程：03液冷數據中心產業(yè)鏈液冷數據中心上游主要為產品零部件，包括接頭、CDU、電磁閥、TANK、maniflod等。中游主要為液冷服務器，也是產業(yè)鏈的核心。下游行業(yè)主要包括互聯網、金融、電信、政府、交通和能源等信息化程度相對較高的行業(yè)，涵蓋智慧計算、電子政務、企業(yè)信息化、關鍵應用以及民生等相關領域，包括三大電信運營商，以及騰訊、阿里巴巴等互聯網大型企業(yè)。04液冷市場格局海外浸沒式液冷市場的主要玩家有GRC（美國）、LiquidStack（美國）、Midas（美國）等；冷板式液冷市場主要玩家有CoolITSystems（美國）、Asetek（丹麥）、Motivair（美國）等。谷歌、微軟、英特爾、IBM、HP等公司也已經在液冷技術領域有所布局。國內市場中，部分企業(yè)經過多年的技術積累和沉淀，已經展現出較為明顯的技術優(yōu)勢和市場先發(fā)優(yōu)勢，未來行業(yè)內有望形成龍頭廠商占據主要市場份額的競爭格局。據《中國液冷數據中心發(fā)展白皮書》對于中國液冷數據中心廠商競爭力的研究，基于產品營收、市占率、客戶反饋等指標，中科曙光為市場的絕對領導者，浪潮、華為、阿里巴巴、聯想、英維克、高瀾股份、維諦技術、廣東合一等緊隨其后。資料來源：中國信通院當前AI大模型有望引領算力需求升級，帶動高功率密度的智算和超算中心建設，加速配套設施液冷系統(tǒng)導入市場。整體來看，當前液冷行業(yè)仍處在發(fā)展早期，行業(yè)主要參與者分為三大類：1.華為電氣-艾默生系的專業(yè)溫控廠商：最早從事精密空調研發(fā)設計，具備多年的產業(yè)洞察，對技術研發(fā)具備前瞻性，且形成平臺化的散熱布局，賦能多行業(yè)應用。國內機房空調市場一超多強，維諦技術龍頭地位穩(wěn)固。據ICTResearch數據，國內機房空調市場維諦技術市占率30%左右，佳力圖、艾特網能、依米康、華為和英維克各占10%左右。申菱環(huán)境、同飛股份等專業(yè)溫控廠商也均有相關技術儲備和布局。艾默生系深耕多年，誕生出國內優(yōu)秀的數字能源上市公司：資料來源：wind,國金證券通信網絡設備的功耗與服務器上架率正相關，難以下降，因此降低制冷系統(tǒng)能耗是目前數據中心節(jié)能、提高能源利用效率的關鍵環(huán)節(jié)。2.布局液冷技術的服務器廠商：冷卻技術由房間級向行級甚至服務器內部芯片級延伸，能夠參與液冷技術方案的服務器廠商，有望更快抓住算力升級的產業(yè)機遇，強化產品競爭力。IDC發(fā)布的《2022年中國服務器市場跟蹤報告》顯示：浪潮穩(wěn)坐頭部，第二名為新華三（紫光股份旗下），此外超聚變(原華為）和中興通訊份額提升明顯，當前頭部服務器廠商均有液冷技術布局。中科曙光子公司曙光數創(chuàng)是國內服務器液冷領軍企業(yè)，22年IPO募集資金近2.3億元用于液冷數據中心產品升級及產業(yè)化研發(fā)項目。根據IDC的數據，2022年全球服務器出貨量突破1516萬臺，同比增長12%，預計2026年出貨量達1885萬臺，復合增長率5.6%，2022年全球服務器產值達1215.8億美元，同比增長18.6%，預計2026年產值增長到1665億美元，復合增長率達到8.2%。全球服務器產值趨勢：資料來源:IDC3.提供包含芯片級散熱的完整解決方案的供應商：芯片作為服務器核心熱量源，隨著高算力、高性能、先進制程芯片功耗的提升，散熱方案向服務器內部芯片級升級，芯片級散熱由風冷系統(tǒng)向液冷升級。雙鴻科技、健策精密、富信科技、中石科技等廠商在該領域均有布局。AI芯片的功耗比傳統(tǒng)的CPU芯片功耗大數倍，采用傳統(tǒng)的風冷方案越來越困難和不經濟；液冷方案可以用液體冷卻芯片，減少了換熱級數，可以100%