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近日，解決散熱壓力、節(jié)能挑戰(zhàn)必由之路的液冷溫控，在三大運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合發(fā)布技術(shù)白皮書(shū)背景下，有望迎來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提速。

01

面對(duì)散熱壓力和節(jié)能挑戰(zhàn)

(資料圖片)

液冷具備必要性

儲(chǔ)能液冷系統(tǒng)基本組成包括：液冷板，液冷機(jī)組(加熱器選配)，液冷管路(包括溫度傳感器、閥門(mén))，高低壓線束；冷卻液(乙二醇水溶液)等。由于液體的比熱容遠(yuǎn)高于氣體，因此相比于常見(jiàn)的風(fēng)冷技術(shù)，液冷可實(shí)現(xiàn)散熱效率的極大提升。

根據(jù)冷卻液與電池的接觸方式，可分為直接液冷(如冷板式液冷)和間接液冷(如浸沒(méi)式液冷)。其中冷板式液冷屬于間接接觸型液冷技術(shù)，通過(guò)裝有冷卻液的冷板與設(shè)備接觸進(jìn)行散熱，該液冷技術(shù)發(fā)展較早且改造成本較低因而技術(shù)更成熟、生態(tài)更完善，目前屬于液冷中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。

另一種是直接接觸型液冷技術(shù)，較為典型的是浸沒(méi)式液冷，是指將發(fā)熱器件浸泡在冷卻液中，兩者直接接觸以協(xié)助器件散熱，該技術(shù)可更大程度上利用液體比熱容大的特點(diǎn)，進(jìn)一步提升制冷效率。

數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)

隨著算力持續(xù)增加對(duì)芯片散熱要求更高，液冷可以說(shuō)是解決散熱壓力和節(jié)能挑戰(zhàn)的必經(jīng)之路。

算力的持續(xù)增加促進(jìn)通訊設(shè)備性能不斷提升，芯片功耗和熱流密度也在持續(xù)攀升，產(chǎn)品每演進(jìn)一代功率密度攀升30~50%。當(dāng)代X86平臺(tái)CPU最大功耗300~400W，業(yè)界最高芯片熱流密度已超過(guò)120W/cm2；芯片功率密度的持續(xù)提升直接制約著芯片散熱和可靠性，傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱能力越來(lái)越難以為繼。

芯片功率密度的攀升同時(shí)帶來(lái)整柜功率密度的增長(zhǎng)，當(dāng)前最大已超過(guò)30kW/機(jī)架；對(duì)機(jī)房制冷技術(shù)也提出了更高的挑戰(zhàn)。液冷作為數(shù)據(jù)中心新興制冷技術(shù)，被應(yīng)用于解決高功率密度機(jī)柜散熱需求。

同時(shí)近年來(lái)，在“雙碳”政策下，數(shù)據(jù)中心PUE指標(biāo)(數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設(shè)備能耗)不斷降低，多數(shù)地區(qū)要求電能利用效率不得超過(guò)1.25，并積極推動(dòng)數(shù)據(jù)中心升級(jí)改造，更有例如北京地區(qū)，對(duì)超過(guò)規(guī)定PUE的數(shù)據(jù)中心電價(jià)進(jìn)行加價(jià)。

在保證算力運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，只有通過(guò)降低數(shù)據(jù)中心輔助能源的消耗，才能達(dá)成節(jié)能目標(biāo)下的PUE要求。由于制冷系統(tǒng)在典型數(shù)據(jù)中心能耗中占比達(dá)到24%以上，是數(shù)據(jù)中心輔助能源中占比最高的部分，因此，降低制冷系統(tǒng)能耗能夠極大的促進(jìn)PUE的降低。有數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)數(shù)據(jù)中心的電費(fèi)占數(shù)據(jù)中心運(yùn)維成本的60-70%。隨著服務(wù)器的加速部署，如何進(jìn)一步降低能耗，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展，成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

典型數(shù)據(jù)中心能耗占比

資料來(lái)源：《中興通訊液冷白皮書(shū)》

液冷技術(shù)能實(shí)現(xiàn)極佳節(jié)能效果，近年來(lái)行業(yè)內(nèi)對(duì)機(jī)房制冷技術(shù)進(jìn)行了持續(xù)的創(chuàng)新和探索中，間蒸/直蒸技術(shù)通過(guò)縮短制冷鏈路，減少過(guò)程能量損耗實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心PUE降至1.15~1.35；液冷則利用液體的高導(dǎo)熱、高傳熱特性，在進(jìn)一步縮短傳熱路徑的同時(shí)充分利用自然冷源，實(shí)現(xiàn)了PUE小于1.25的極佳節(jié)能效果。

數(shù)據(jù)中心制冷技術(shù)對(duì)應(yīng)PUE范圍

資料來(lái)源：《中興通訊液冷白皮書(shū)》

02

產(chǎn)業(yè)鏈多個(gè)環(huán)節(jié)都在加速

目前，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)都在加速布局液冷技術(shù)。

數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)鏈主要由上游基礎(chǔ)設(shè)施(其中包含芯片提供商、ICT設(shè)備商等)、中游IDC服務(wù)提供商、下游終端客戶(其中包含互聯(lián)網(wǎng)廠商、運(yùn)營(yíng)商及各行業(yè)客戶)，當(dāng)前數(shù)據(jù)中心上中下游主體皆開(kāi)始加速導(dǎo)入液冷解決方案。

首先是芯片廠商，后摩爾定律時(shí)代芯片算力與功耗同步大幅度提升，主流CPU、GPU廠商則選擇加裝冷卻器、對(duì)接液冷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)芯片的液冷散熱。

其中CPU方面，Intel2023Q1發(fā)布的第四代至強(qiáng)處理器多款子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)功耗達(dá)350W，傳統(tǒng)風(fēng)冷解決方案散熱壓力極大，2023年1月Intel至強(qiáng)發(fā)布會(huì)上表明，第四代至強(qiáng)處理器將會(huì)配置液冷散熱方案。

GPU方面，2022年5月，英偉達(dá)宣布將在A100、H100系列產(chǎn)品中引入直接芯片(Directto Chip)液冷散熱技術(shù)，A10080GB PCIe將在尾部安置接口，以對(duì)接液冷系統(tǒng)。根據(jù)Equinix與NVIDIA的測(cè)試結(jié)果，液冷N(xiāo)VIDIA A100PCle GPU一方面可以在空間相同的條件下，實(shí)現(xiàn)雙倍計(jì)算量；另一方面，采用液冷技術(shù)的數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載可以與風(fēng)冷設(shè)施持平，但能源消耗量將減少28%。同時(shí)，根據(jù)NVIDIA估計(jì)，采用液冷GPU的數(shù)據(jù)中心PUE可以達(dá)到1.15，遠(yuǎn)低于風(fēng)冷的1.6。

其次服務(wù)器廠商，也隨著AI服務(wù)器需求量逐步提升，開(kāi)始布局冷板式液冷技術(shù)及其他液冷解決方案。數(shù)據(jù)中心服務(wù)提供商中，IDC廠商布局高功率液冷機(jī)房，以應(yīng)對(duì)快速增長(zhǎng)的IDC機(jī)房單機(jī)柜功率密度及逐步嚴(yán)苛的PUE管控指標(biāo)；

加上運(yùn)營(yíng)商、互聯(lián)網(wǎng)廠商及政府項(xiàng)目等下游終端客戶，也在加速液冷技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，提升整體機(jī)房運(yùn)營(yíng)效率，加速溫控行業(yè)從風(fēng)冷到液冷的切換。

數(shù)據(jù)中心各環(huán)節(jié)液冷技術(shù)布局梳理

資料來(lái)源：招商證券整理繪制

03

三大運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合規(guī)劃

國(guó)內(nèi)進(jìn)程提速

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)液冷產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展依然面臨較大的挑戰(zhàn)。

首先是液冷產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟，當(dāng)前業(yè)內(nèi)尚無(wú)服務(wù)器統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，各廠商產(chǎn)品及配件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)各異。其次，為了形成客戶壁壘，廠商以產(chǎn)品一體化的交付模式為主，導(dǎo)致各廠商的產(chǎn)品之間兼容性差。因此，在產(chǎn)品生態(tài)鏈緊密閉環(huán)的情況下，配件廠商難以與整機(jī)廠商競(jìng)爭(zhēng)，加大了在產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期就形成寡頭競(jìng)爭(zhēng)格局的可能性，進(jìn)而阻礙了產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展。

此背景下，國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商共同發(fā)布電信運(yùn)營(yíng)商液冷技術(shù)白皮書(shū)對(duì)液冷產(chǎn)業(yè)發(fā)展具備較大的意義。

2023年6月5日，在第31屆中國(guó)國(guó)際信息通信展覽會(huì)“算力創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇”上，中國(guó)移動(dòng)（600941）、中國(guó)電信（601728）、中國(guó)聯(lián)通三家電信運(yùn)營(yíng)商，邀請(qǐng)液冷產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)代表企業(yè)共同面向業(yè)界發(fā)布了《電信運(yùn)營(yíng)商液冷技術(shù)白皮書(shū)》。

《白皮書(shū)》分析了數(shù)據(jù)中心目前面臨的形勢(shì)和液冷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了電信運(yùn)營(yíng)商液冷技術(shù)的實(shí)踐和挑戰(zhàn)，提出未來(lái)三年的愿景和具體技術(shù)路線，計(jì)劃于2023年開(kāi)展技術(shù)驗(yàn)證；2024年開(kāi)展規(guī)模測(cè)試，新建數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目10%規(guī)模試點(diǎn)應(yīng)用液冷技術(shù)；2025年開(kāi)展規(guī)模應(yīng)用，50%以上數(shù)據(jù)中心應(yīng)用液冷技術(shù)。

特別值得注意的是，《白皮書(shū)》中提出服務(wù)器與機(jī)柜解耦交付方式，有望實(shí)現(xiàn)多廠家適配，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)進(jìn)一步成熟。針對(duì)冷板式液冷而言，當(dāng)前有解耦交付及一體化交付兩種模式，解耦交付即液冷機(jī)柜與液冷服務(wù)器之間遵循統(tǒng)一的規(guī)范實(shí)現(xiàn)解耦，可由不同廠商交付；一體化交付則是液冷整機(jī)柜由同一廠商一體化交付?！栋灼?shū)》指出，解耦交付更有利于實(shí)現(xiàn)多廠家適配，易于推廣，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活部署，降低TCO，液冷技術(shù)路線應(yīng)采用解耦交付模式。

目前我國(guó)液冷產(chǎn)業(yè)鏈面臨產(chǎn)業(yè)生態(tài)不完善，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，產(chǎn)品形態(tài)不一致，規(guī)?；M(jìn)展難推進(jìn)等一系列問(wèn)題，三大運(yùn)營(yíng)商作為國(guó)家隊(duì)，或許能通過(guò)全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)劃推動(dòng)我國(guó)液冷市場(chǎng)進(jìn)入更成熟的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

冷板式液冷產(chǎn)品解耦交付與一體化交付比較

資料來(lái)源：《電信運(yùn)營(yíng)商液冷技術(shù)白皮書(shū)》

未來(lái)，液冷市場(chǎng)規(guī)模將保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

根據(jù)機(jī)構(gòu)測(cè)算，預(yù)計(jì)2025年國(guó)內(nèi)IDC液冷市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到132.8億元，其中AI服務(wù)器液冷市場(chǎng)規(guī)模達(dá)100億元、通用服務(wù)器液冷市場(chǎng)規(guī)模達(dá)32.8億元；預(yù)計(jì)2028年國(guó)內(nèi)IDC液冷市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到250億元，其中AI服務(wù)器液冷市場(chǎng)規(guī)模達(dá)212億元、通用服務(wù)器液冷市場(chǎng)規(guī)模達(dá)37.7億元。

中國(guó)服務(wù)器液冷市場(chǎng)空間測(cè)算

資料來(lái)源：IDC、產(chǎn)業(yè)調(diào)研、招商證券整理測(cè)算

04

相關(guān)企業(yè)有哪些？

目前國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施廠商液冷技術(shù)普及率尚較低，掌握該技術(shù)的企業(yè)較少，市場(chǎng)中尚未形成較強(qiáng)龍頭，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局未定，且由于中國(guó)數(shù)據(jù)安全保護(hù)政策，國(guó)外廠商產(chǎn)品進(jìn)入中國(guó)較為困難。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，部分企業(yè)經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累和沉淀，已經(jīng)展現(xiàn)出較為明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

其中中科曙光（603019）是國(guó)內(nèi)液冷先進(jìn)計(jì)算的領(lǐng)導(dǎo)者，液冷技術(shù)研發(fā)經(jīng)歷“冷板式液冷技術(shù)”、“浸沒(méi)式液冷技術(shù)”、“浸沒(méi)相變液冷技術(shù)”三大發(fā)展階段。公司于2011年開(kāi)始液冷技術(shù)研究，2015年推出我國(guó)首款標(biāo)準(zhǔn)化的量產(chǎn)冷板式液冷服務(wù)器，2019年推動(dòng)全球首個(gè)大規(guī)模浸沒(méi)相變液冷項(xiàng)目的商業(yè)落地。

當(dāng)前已形成冷板式液冷C7000系列、浸沒(méi)式液冷C8000系列、TC4600E-LP冷板式液冷刀片服務(wù)器產(chǎn)品線，覆蓋物理、化學(xué)、材料、生命科學(xué)、氣象等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域及金融、動(dòng)漫等多行業(yè)。

中興通訊作為全球領(lǐng)先的綜合性通信解決方案提供商，長(zhǎng)期處于市場(chǎng)一線，根據(jù)自身技能專長(zhǎng)，前瞻性布局了ICT液冷一體化解決方案。公司當(dāng)前主要基于冷板式液冷技術(shù)，形成單板級(jí)、插箱級(jí)、機(jī)柜級(jí)、機(jī)房級(jí)四個(gè)不同維度的液冷技術(shù)線，主要覆蓋IT液冷服務(wù)器設(shè)備、CT液冷路由交換設(shè)備、DC液冷數(shù)據(jù)中心機(jī)房的開(kāi)發(fā)與交付。

根據(jù)公司官網(wǎng)信息，2023年1月，中興通訊發(fā)布了5款全新的G5系列服務(wù)器產(chǎn)品，其中4款支持冷板式液冷解決方案，整機(jī)功耗相比于傳統(tǒng)風(fēng)冷服務(wù)器可降低80W，噪聲降低15dB，PUE指標(biāo)可達(dá)1.1。此外，中興通訊其他3款產(chǎn)品(Intel Whitley平臺(tái)與海光3號(hào)平臺(tái))也將提供冷板液冷散熱方案，實(shí)現(xiàn)更大程度上的能耗降低。

紫光股份（000938）旗下的新華三是國(guó)內(nèi)最早投入液冷技術(shù)研發(fā)的企業(yè)之一，目前在打造全棧液冷ICT產(chǎn)品解決方案，其將推動(dòng)其液冷解決方案由傳統(tǒng)硬件制冷向AI制冷模式演進(jìn)。2023中國(guó)數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)峰會(huì)上，新華三智慧計(jì)算產(chǎn)品經(jīng)理表示，未來(lái)新華三會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)芯片級(jí)液冷、浸沒(méi)式液冷技術(shù)的開(kāi)發(fā)與利用，搭配液體散熱、余熱回收等技術(shù)，加速硬件制冷向AI制冷的轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化端到端數(shù)字化轉(zhuǎn)型能力。

浪潮信息（000977）同樣是全棧布局液冷。2022年初，浪潮信息將“All in液冷”寫(xiě)入公司戰(zhàn)略，開(kāi)啟公司全棧式液冷布局的新時(shí)期。

目前，公司已擁有300多項(xiàng)液冷技術(shù)領(lǐng)域核心專利，覆蓋冷板式液冷、熱管式液冷、浸沒(méi)式液冷，技術(shù)儲(chǔ)備充足，實(shí)現(xiàn)相變均溫、微通道冷卻、浸沒(méi)式冷卻等新型熱傳導(dǎo)技術(shù)在智算產(chǎn)品線的全面覆蓋。公司已建成目前亞洲最大的液冷數(shù)據(jù)中心研發(fā)生產(chǎn)基地“天池”，可實(shí)現(xiàn)冷板式液冷整機(jī)柜的大批量交付，整體交付交付周期在5-7天，年產(chǎn)量可達(dá)10萬(wàn)臺(tái)。

此外，還有英維克（002837）、高瀾股份（300499）、同飛股份（300990）、申菱環(huán)境（301018）、佳力圖（603912）、依米康（300249）、網(wǎng)宿科技（300017）、川潤(rùn)股份（002272）、銀輪股份（002126）、飛龍股份（002536）等企業(yè)，在數(shù)據(jù)中心液冷解決方案有研發(fā)儲(chǔ)備和一定進(jìn)展。