1、電子設備散熱問題驅動液冷發(fā)展，政策推動數(shù)據(jù)中心能源效率提升
電子設備發(fā)熱的本質原因就是工作能量轉化為熱能的過程。散熱是為解決高性能計算設備中的熱管理問題而設計的，它們通過直接在芯片或處理器表面移除熱量來優(yōu)化設備性能并延長使用壽命。隨著芯片功耗的提升，散熱技術從一維熱管的線式均溫，到二維VC的平面均溫，發(fā)展到三維的一體式均溫，即3DVC技術路徑，最后發(fā)展到液冷技術。
根據(jù)觀研報告網發(fā)布的《中國液冷行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析與投資前景研究報告（2024-2031年）》顯示，液冷是使用流動液體將計算機內部元器件產生的熱量傳遞到計算機外，以保證計算機工作在安全溫度范圍內的一種冷卻方法。目前的主流液冷方案，包括冷板式和浸沒式，其中冷板式較多應用。
主流液冷方案對比
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屬性 |
冷板式 |
相變浸沒 |
單相浸沒 |
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成本 |
初始投資中等，運維成本低 |
初始投資及運維成本高 |
初始投資及運維成本高 |
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PUE（數(shù)據(jù)中心能源效率） |
1.1-1.2 |
<1.05 |
<1.09 |
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可維護性 |
較簡單 |
復雜 |
復雜 |
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供應商 |
華為、浪潮曙光、聯(lián)想超聚變等主流供應商 |
曙光 |
阿里巴巴、H3C、綠色云圖、云酷智能、曙光數(shù)創(chuàng) |
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應用案例 |
多 |
超算領域較多 |
較多 |
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總結 |
初始投資中等，運維成本較低，PUE收益中等，部署方式與風冷相同，從傳統(tǒng)模式過渡較平滑 |
初始投資最高，PUE收益最高，使用專用機柜，服務器結構需改造為刀片式 |
初始投資較高，PUE收益較高，部分部件不乘容，服務器結構需改造 |
資料來源：公開資料整理
PUE=數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設備能耗。PUE是評價數(shù)據(jù)中心能源效率的核心指標，其數(shù)值越接近1，表示數(shù)據(jù)中心能效越高。空調系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心能耗占比僅次于IT設備，在無法升級IT系統(tǒng)時，降低空調系統(tǒng)能耗是重要環(huán)節(jié)。當空調系統(tǒng)能耗占比從38%下降到18%時，數(shù)據(jù)中心的PUE也從1.92下降到1.3。
截至2022年全球中大型數(shù)據(jù)中心平均PUE為1.55，國內為1.49，根據(jù)“雙碳”和“東數(shù)西算”雙重政策，全國新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均PUE降到1.3以下，集群內PUE要求東部≤1.25、西部≤1.2，先進示范工程≤1.15。
資料來源：公開資料整理
國家對于數(shù)據(jù)中心PUE的相關要求
| 時間 | 部門 | 文件 | 相關內容 |
| 2021年7月 | 工信部 | 《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）》 | 到2023年底，新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE降低到1.3以下，嚴寒和寒冷地區(qū)降低到1.25以下 |
| 2021年12月 | 國家發(fā)改委等四部門 | 《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎設施綠色高質量發(fā)展實施方案》 | 到2025年，數(shù)據(jù)中心和5G基本形成綠色集約的一體化運行格局。全國新建大型超大型數(shù)據(jù)中心平均電能利用效率降到1.3以下，國家樞紐節(jié)點進一步降到1.25以下，綠色低碳等級達到4A級以上 |
| 2022年6月 | 工信部等六部門 | 《工業(yè)能效提升行動計劃》 | 到2025年，新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE優(yōu)于1.3 |
| 2022年8月 | 工信部等七部門 | 《信息通信行業(yè)綠色低碳發(fā)展行動計劃（2022-2025年）》 | 到2025年，全國新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE降到1.3以下，改建核心機房PUE降到1.5以下 |
資料來源：公開資料整理
各省市對于數(shù)據(jù)中心PUE的相關要求
| 時間 | 省市 | 文件 | 相關內容 |
| 2023年7月 | 北京 | 《北京市發(fā)展和改革委員會關于印發(fā)進一步加強 數(shù)據(jù)中心項目節(jié)能審查若干規(guī)定的通知》 | 新建、擴建數(shù)據(jù)中心，年能源消費量小于1萬噸標準煤（電力按等價值計算，下同）的項目PUE值不應高于1.3；年能源消費量大于等于1萬噸標準煤且小于2 萬噸標準煤的項目，PUE值不應高于1.25；年能源消費量大于等于2萬噸標準煤且小于3萬噸標準煤的項目，PUE值不應高于1.2；年能源消費量大于等于3萬噸標準煤的項目，PUE值不應高于1.15； |
| 2023年12月 | 江蘇 | 《推進長三角樞紐節(jié)點蕪湖數(shù)據(jù)中心集群建設若 干舉措》 | 平均上架率不低于65%，數(shù)據(jù)中心電能利用效率（PUE）小于1.25； |
| 2023年12月 | 深圳 | 《深圳市算力基礎設施高質量發(fā)展行動計劃 （2024-2025）》 | 到2025年，新建數(shù)據(jù)中心電能利用效率（PUE）降低到1.25以下； |
| 2024年3月 | 北京 | 《北京市算力基礎設施建設實施方案（2024— 2027年）》 | 本市新建和改擴建智算中心PUE值一般不超過1.25，年能耗超過3萬噸標煤的大規(guī)模先進智算中心PUE值一般不超過1.15； |
| 2024年4月 | 上海 | 《上海市推動大規(guī)模設備更新和消費品以舊換新 行動計劃（2024-2027年）》 | 新建數(shù)據(jù)中心能源利用效率（PUE）不高于1.25；加快既有數(shù)據(jù)中心升級改造，加大高效制冷技術和新能源推廣應用力度，力爭改造后能源利用效率（PUE）不高于1.4 |
資料來源：公開資料整理
冷板式液冷已經在HPC、AI高密計算領域商用超過8年時間，技術成熟、生態(tài)完善、總體成本可控，整體產業(yè)鏈相對更為成熟。此外，從實物圖可以看出，冷板式液冷較風冷時服務器側和機房側的改動均較小，對客戶的使用習慣改變不大，硬盤、光模塊等部件與風冷一致，運維模式、機房承重與風冷場景也較為類似，更適合當下進行規(guī)模商用?，F(xiàn)階段，中國液冷數(shù)據(jù)中心市場以冷板式為主，在智算中心建設加速的背景下，綜合考慮產業(yè)鏈成熟度、客戶接受度等多因素，短期內放量仍將以冷板式方案為主。
資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
2、AI的發(fā)展將帶動服務器出貨量增長，亦將推動液冷設備的持續(xù)提升
液冷產業(yè)鏈包括上游的產品零部件提供商、中游的液冷服務器和基礎設施提供商及下游的數(shù)據(jù)中心運營商和各類使用主體。
產業(yè)鏈上游：主要為產品零部件及液冷設備，包括快速接頭、CDU、電磁閥、浸沒液冷Tank、manifold、冷卻液等組件或產品供應商。部分代表廠商有英維克、3M、云酷、競鼎、諾亞、廣東合一、綠色云圖等。
產業(yè)鏈中游：主要為液冷服務器、芯片廠商以及液冷集成設施、模塊與機柜等，部分代表廠商有華為、中興、浪潮、曙光、新華三、聯(lián)想、超聚變、英特爾等。
產業(yè)鏈下游：主要包括三家電信運營商，百度、阿里巴巴、騰訊、京東等互聯(lián)網企業(yè)以及信息化行業(yè)應用客戶，主要在電信信息、互聯(lián)網、政府、金融、交通和能源等信息化應用。目前，阿里巴巴以單相浸沒式液冷為主要發(fā)展方向，其他用戶以冷板式液冷試點應用居多。
資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
2023年6月，三大運營商聯(lián)合發(fā)布《電信運營商液冷技術白皮書》，提出三年液冷發(fā)展愿景：2023年開展技術驗證、2024年開展規(guī)模測試、2025年及以后開展規(guī)模應用。在技術路線上，電信運營商現(xiàn)階段將主要推進冷板式液冷與單相浸沒式液冷兩種方案。當前，運營商數(shù)據(jù)中心仍以低功率機架為主，考慮到高功率機架的需求分布，液冷需求或將主要從發(fā)力AI的互聯(lián)網廠商起步，運營商在液冷產業(yè)推進鏈條上排序本應較靠后。白皮書的發(fā)布標志著運營商主動成為液冷產業(yè)推動者，進一步加速液冷技術及生態(tài)成熟。
隨著各行業(yè)數(shù)字化轉型，以及人工智能、大數(shù)據(jù)、5G、AIGC等技術推動，我國算力中心建設規(guī)模高速增長。截至2023年，我國提供算力服務的在用機架數(shù)達810萬標準機架，算力規(guī)模230EFLOPS。2023年10月，工信部等六部門發(fā)布《算力基礎設施高質量發(fā)展行動計劃》，到2025年，中國算力規(guī)模將超過300EFLOPS，其中，智能算力占比將達到35%。
資料來源：中國信通院，觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
除了國內，全球市場上同樣是AI服務出貨量持續(xù)增長的預期，也將帶動液冷行業(yè)的持續(xù)高增長。2024年，英偉達發(fā)布B200，采用N4P制程，封裝2080億晶體管，而H100晶體管為800億、采用N4制程，這帶來B200封裝密度提升、功耗達1000W，對散熱技術提出更高要求，預計2026年全球A I服務器出貨量達到236.9萬臺。
資料來源：NVD，觀研天下數(shù)據(jù)中心整理（YM）
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