一、人工智能浪潮推動(dòng)下，液冷服務(wù)器從“可選項(xiàng)”踏入“必選項(xiàng)”
近幾年隨著AI技術(shù)的爆火，尤其是在chatGPT大模型遍地開(kāi)花后，全球的算力規(guī)模將以幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。據(jù)有關(guān)測(cè)算到2030年，全球AI算力將增長(zhǎng)500倍。而算力需求的暴漲，造成了芯片功耗快速提升，普通的散熱系統(tǒng)已經(jīng)解決不了這個(gè)問(wèn)題。在此背景下，液冷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為數(shù)據(jù)中心散熱的新寵。
液冷服務(wù)器，亦被稱為水冷服務(wù)器，是指液體注入服務(wù)器，通過(guò)冷熱交換帶走服務(wù)器的散熱的一種服務(wù)器。液冷服務(wù)器是一種革新性的服務(wù)器技術(shù)，這一技術(shù)的突出亮點(diǎn)在于液體的熱容量與熱傳導(dǎo)率遠(yuǎn)勝于空氣，使得液冷服務(wù)器能夠更為高效地直接或間接冷卻服務(wù)器內(nèi)部的高發(fā)熱組件。
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)液冷服務(wù)器行業(yè)現(xiàn)狀深度分析與投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告（2025-2032年）》顯示，與傳統(tǒng)風(fēng)冷相比，液冷具有高效能、高可靠、超靜音、節(jié)省空間等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其利用液體冷媒為數(shù)據(jù)中心發(fā)熱部件進(jìn)行高效換熱，更能滿足高密度、高功耗的散熱需求，是解決“算力熱”與“散熱焦慮”問(wèn)題的最優(yōu)解。當(dāng)下，在人工智能浪潮推動(dòng)下，算力需求由通用算力向智算以及超算升級(jí)是行業(yè)的發(fā)展大趨勢(shì)，液冷服務(wù)器也從“可選項(xiàng)”踏入“必選項(xiàng)”，成為了 “剛需” 硬件。
二、AI算力需求激增推動(dòng)液冷市場(chǎng)爆發(fā)，市場(chǎng)發(fā)展空間巨大
算力產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前我國(guó)發(fā)展最為火熱的重要產(chǎn)業(yè)之一，其市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿翱臻g巨大。近年來(lái)隨著人工智能技術(shù)（AI技術(shù)）飛速發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)景不斷豐富，我國(guó)算力需求爆發(fā)式增長(zhǎng)。尤其是進(jìn)入2024年以來(lái)，我國(guó)人工智能大模型發(fā)展百花齊放，70%的訓(xùn)練和 95%的推理都依托于算力。隨著各行業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)，從制造業(yè)的智能生產(chǎn)到服務(wù)業(yè)的精準(zhǔn)營(yíng)銷，海量數(shù)據(jù)的處理與復(fù)雜算法的運(yùn)行，都急需強(qiáng)大、高效且穩(wěn)定的算力支持，一場(chǎng)圍繞算力的產(chǎn)業(yè)變革與布局也在我國(guó)加速鋪開(kāi)。
數(shù)據(jù)顯示，截至2024年9月，我國(guó)算力總規(guī)模達(dá)246EFLOPS（指每秒進(jìn)行百億億次浮點(diǎn)運(yùn)算的能力），算力應(yīng)用項(xiàng)目超過(guò)1.3萬(wàn)個(gè)，在用算力中心機(jī)架總規(guī)模超過(guò)830萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，算力總規(guī)模居世界前列。截止到2024年底，我國(guó)智能算力規(guī)模達(dá)725.3 EFLOPS，同比增長(zhǎng)74.1%。同時(shí)，我國(guó)58.3%的算力中心已連接到國(guó)家骨干網(wǎng)，國(guó)家算力樞紐節(jié)點(diǎn)已全面實(shí)現(xiàn)20毫秒時(shí)延保障能力，全國(guó)65%的省市可以在5毫秒內(nèi)接入一個(gè)算力數(shù)據(jù)集群。
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伴隨著AI技術(shù)與各行各業(yè)不斷融合，這些領(lǐng)域?qū)I技術(shù)的依賴程度越來(lái)越高，需要更強(qiáng)大的算力來(lái)支撐復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和分析任務(wù)。在此背景下，基于AI發(fā)展的智算中心的電力功耗將不斷高增，使得行業(yè)節(jié)能減排的需求強(qiáng)烈，這進(jìn)而帶動(dòng)了液冷技術(shù)的加快應(yīng)用和液冷服務(wù)器市場(chǎng)的擴(kuò)張。當(dāng)前，人工智能以及大語(yǔ)言模型等技術(shù)仍處于飛速發(fā)展，對(duì)于算力的需求還將持續(xù)增長(zhǎng)。
當(dāng)前，生成式AI引領(lǐng)的技術(shù)變革帶動(dòng)下，全球AI算力需求高漲，驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心朝高密度化發(fā)展，帶動(dòng)數(shù)據(jù)中心計(jì)算芯片功耗持續(xù)上升。有數(shù)據(jù)顯示，2023年至2026年，全球數(shù)據(jù)中心能耗將從49GW增至96GW，三年CAGR超 25%，其中AI算力能耗激增，到2026年將超40GW，占數(shù)據(jù)中心總能耗超40%，成為數(shù)據(jù)中心能耗增長(zhǎng)的主要推手。由此可見(jiàn)，我國(guó)液冷市場(chǎng)發(fā)展巨大，液冷服務(wù)器有著巨大的發(fā)展空間。
三、數(shù)據(jù)中心快速發(fā)展下液冷黃金時(shí)代來(lái)臨，市場(chǎng)正展現(xiàn)出強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)能和巨大發(fā)展前景
當(dāng)前，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的蓬勃發(fā)展，尤其是國(guó)內(nèi)供給和需求兩端都出現(xiàn)積極變化，對(duì)于數(shù)據(jù)中心的需求也將隨之增加，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)顯示，截至2023年底，我國(guó)在用數(shù)據(jù)中心機(jī)架總規(guī)模超過(guò)810萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，算力總規(guī)模達(dá)到230eflops，智能算力規(guī)模達(dá)到70eflops，增速超過(guò)70%。截至2024年上半年，我國(guó)已經(jīng)建設(shè)和正在建設(shè)的智算中心超過(guò)250個(gè)；智算中心招投標(biāo)相關(guān)事件791起，同比增長(zhǎng)高達(dá)407%；已有超20個(gè)城市建設(shè)了智算中心。截至2024年5月底，全國(guó)規(guī)劃具有超萬(wàn)張GPU集群的智算中心已有十多個(gè)。
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與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心的能耗問(wèn)題也日益受到關(guān)注，特別是在“數(shù)字中國(guó)”和“雙碳”目標(biāo)的背景下，高功耗與低碳目標(biāo)之間的矛盾愈發(fā)顯著。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)數(shù)據(jù)中心能耗占全社會(huì)用電量的比例持續(xù)上升，預(yù)計(jì)2030年我國(guó)數(shù)據(jù)中心年能耗約占國(guó)內(nèi)社會(huì)用電量的3%至4%，總量可達(dá)4800億千瓦時(shí)。
數(shù)據(jù)中心作為算力基礎(chǔ)設(shè)施的載體，主要為服務(wù)器、存儲(chǔ)、機(jī)柜等ICT設(shè)備提供運(yùn)行環(huán)境場(chǎng)所，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈通常涉及IT、電力和制冷，其中制冷系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，也是維持?jǐn)?shù)據(jù)中心良好運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。
能耗是計(jì)算過(guò)程的直接必然產(chǎn)物，以熱量形式存在，與算力相伴相生。數(shù)據(jù)中心是算力網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)中心運(yùn)轉(zhuǎn)的算力越高，則能耗越高。一旦能耗的熱量累積超過(guò)閾值，就會(huì)限制算力的發(fā)揮。
因此，在當(dāng)前數(shù)智算力需求大爆發(fā)、數(shù)據(jù)中心快速發(fā)展的背景下，如何優(yōu)化布局冷卻系統(tǒng)和高效低耗地將數(shù)據(jù)中心的環(huán)境溫度控制在工作溫度范圍內(nèi)成為了眾多數(shù)據(jù)中心廠商和溫控方案解決商的重要課題。而突破桎梏的秘訣，就在于把熱量徹底、有效地帶走。在此背景下，液冷發(fā)展大勢(shì)所趨，突破的關(guān)鍵在于冷鏈系統(tǒng)化、全液冷以及制冷劑創(chuàng)新。
當(dāng)前，數(shù)據(jù)中心散熱技術(shù)主要有以空氣為介質(zhì)進(jìn)行散熱的風(fēng)冷技術(shù)和以液體為介質(zhì)的液冷技術(shù)。其中風(fēng)冷技術(shù)是目前普遍應(yīng)用的散熱技術(shù)，但在AI集群、高性能計(jì)算（HPC）集群等散熱密度較高的場(chǎng)景下，液冷技術(shù)優(yōu)勢(shì)盡顯，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心液冷時(shí)代加速到來(lái)。因此當(dāng)下在可持續(xù)性要求和AI算力功耗不斷上升的背景下，數(shù)據(jù)中心冷卻市場(chǎng)正展現(xiàn)出強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)能和巨大發(fā)展前景。
四、液冷技術(shù)爆發(fā)帶動(dòng)液冷服務(wù)器高速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2028年規(guī)模將達(dá)到102億美元
當(dāng)前我國(guó)數(shù)據(jù)中心液冷正加速起勢(shì)。數(shù)據(jù)中心作為我國(guó)“新基建”重要組成，被賦予綠色低碳等新內(nèi)涵，政策層面也明確提到到2025年，全國(guó)新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均電能利用效率（PUE）降到1.3以下，國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步降到1.25以下。在國(guó)家發(fā)展改革委等四部門發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》中，也明確指出將因地制宜推動(dòng)液冷、蒸發(fā)冷卻、熱管、氟泵等高效制冷散熱技術(shù)，提高自然冷源利用率。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2023年度國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心PUE平均值為1.26，仍然處于高位水平，而液冷方案能大幅降低PUE，潛在應(yīng)用空間極大。數(shù)據(jù)顯示， 2023年數(shù)據(jù)中心冷卻市場(chǎng)規(guī)模已飆升至76.7億美元，遠(yuǎn)超預(yù)期，這一增長(zhǎng)勢(shì)頭預(yù)計(jì)將持續(xù)至2028年，年均復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）將達(dá)到18.4%，屆時(shí)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)168.7億美元。
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液冷技術(shù)的爆發(fā)，還帶動(dòng)了液冷服務(wù)器的高速增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)顯示，2023年我國(guó)液冷服務(wù)器同比大增52.6%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到15.5億美元，預(yù)計(jì)2023-2028年，我國(guó)液冷服務(wù)器市場(chǎng)年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到45.8%，到2028年這一市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到102億美元。多位行業(yè)人士認(rèn)為，2024年可謂液冷元年，2025年有望成為液冷散熱正式起飛的一年。
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從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)是液冷服務(wù)器最大買家，2024年上半年占超60%份額，云服務(wù)提供商積極建設(shè)液冷數(shù)據(jù)中心用于處理海量數(shù)據(jù)與復(fù)雜計(jì)算任務(wù)；電信運(yùn)營(yíng)商因技術(shù)發(fā)展致數(shù)據(jù)中心規(guī)模擴(kuò)大、能耗突出，對(duì)液冷服務(wù)器需求快速增長(zhǎng)并積極探索相關(guān)方案推動(dòng)建設(shè)；金融行業(yè)積極采用人工智能技術(shù)，鑒于高數(shù)據(jù)安全要求與能耗攀升、減排壓力，對(duì)液冷服務(wù)器需求漸增且早有試點(diǎn)并計(jì)劃擴(kuò)建；制造、服務(wù)等其他行業(yè)也在探索液冷方案滿足計(jì)算與節(jié)能減排需求。
五、市場(chǎng)中的主流產(chǎn)品以冷板式液冷服務(wù)器為主，占比高達(dá) 65%以上
通常情況下，液冷服務(wù)器有三種方式，分別是冷板式液冷服務(wù)器、噴淋式服務(wù)器液冷、浸沒(méi)式液冷服務(wù)器。目前市場(chǎng)中的主流液冷解決方案以冷板式液冷為主，占比高達(dá) 65%以上。這種增長(zhǎng)背后是計(jì)算需求的激增，2023 年市場(chǎng)前 3 大廠商（浪潮、超聚變、寧暢）合計(jì)占據(jù)70%的市場(chǎng)份額。這一高速增長(zhǎng)背后是不斷增加的計(jì)算需求，特別是來(lái)自人工智能、5G 及云計(jì)算的推動(dòng)。
三種液冷方式比較
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分類 |
作用器件 |
優(yōu)勢(shì) |
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冷板式液冷服務(wù)器 |
主要解決了高功率密度發(fā)熱器散熱問(wèn)題，對(duì)于低功率密度發(fā)熱器（例如服務(wù)器內(nèi)存、PSU等)仍采用風(fēng)冷散熱。 |
散熱效率高：由于液體比空氣的比熱大，散熱速度遠(yuǎn)大于空氣，因此制冷效率遠(yuǎn)高于風(fēng)冷散熱。 |
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無(wú)泄漏風(fēng)險(xiǎn)：冷卻液體不與電子器件直接接觸，減少了泄漏對(duì)硬件的風(fēng)險(xiǎn)。 |
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噪聲更低：服務(wù)器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，降低了運(yùn)行噪音。 |
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功率密度高：?jiǎn)螜C(jī)柜功率密度可達(dá)較高水平，適用于高密度服務(wù)器環(huán)境。 |
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浸沒(méi)式液冷服務(wù)器 |
所有高功率密度發(fā)熱器件和低功率密度發(fā)熱器件完全浸沒(méi)在冷卻液中，服務(wù)器本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及特殊器件（例如光模塊、機(jī)械硬盤等)均需要特殊處理。 |
傳熱效率高：利用液體相變將熱量直接帶走，減少了傳熱過(guò)程的熱阻，相比冷板式液冷具有更高的傳熱效率。 |
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節(jié)能環(huán)保：能夠更有效地回收熱能，提高能源利用效率。噪音極低：由于服務(wù)器內(nèi)部無(wú)風(fēng)扇等機(jī)械部件，噪音極低。 |
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可靠性高：由于散熱效果優(yōu)越，硬件的壽命更長(zhǎng)，故障率更低。 |
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噴淋式液冷服務(wù)器 |
噴淋液體可以完全覆蓋服務(wù)器發(fā)熱器件，同時(shí)根據(jù)不同發(fā)熱器件的功率密度，對(duì)噴淋板的液孔進(jìn)行精準(zhǔn)化開(kāi)孔，滿足不同功率發(fā)熱器件的散熱需求。 |
高效節(jié)能：噴淋式液冷技術(shù)能夠降低數(shù)據(jù)中心的制冷能耗，提高能效比。 |
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低噪音：由于服務(wù)器內(nèi)部無(wú)風(fēng)扇等機(jī)械部件，機(jī)房?jī)?nèi)部環(huán)境更加安靜。 |
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高可靠性：噴淋式液冷技術(shù)能夠更有效地保護(hù)硬件免受高溫?fù)p害，提高硬件的可靠性和壽命。 |
資料來(lái)源：公開(kāi)資料，觀研天下整理
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冷板式液冷服務(wù)器，將液冷冷板固定在服務(wù)器的主要發(fā)熱器件上，依靠流經(jīng)冷板的液體將熱量帶走達(dá)到散熱目的。冷板式液冷是將冷卻液直接導(dǎo)入冷板，冷板與 GPU 直接接觸，以帶走熱量的散熱方法。在冷板中，冷卻液通過(guò)內(nèi)部的冷卻通道流動(dòng)，與熱源表面發(fā)生熱交換，吸收熱量。冷卻液流向冷卻塔或熱交換器，將熱量釋放到環(huán)境中或帶到遠(yuǎn)端，再重新循環(huán)至冷板。
相比于其他液冷技術(shù)，冷板式液冷技術(shù)在我國(guó)起步較早，在可靠性、可維護(hù)性、技術(shù)成熟度等方面具備優(yōu)勢(shì)，且對(duì)服務(wù)器與動(dòng)力系統(tǒng)改造較小，IT設(shè)備維護(hù)較為簡(jiǎn)單；目前已在數(shù)據(jù)中心得以廣泛應(yīng)用。
除了冷板式液冷服務(wù)器外，浸沒(méi)式液冷服務(wù)器也占據(jù)不小的市場(chǎng)份額，是僅次于冷板式液冷服務(wù)器的市場(chǎng)產(chǎn)品。浸沒(méi)式液冷服務(wù)器，將發(fā)熱元件直接浸沒(méi)在冷卻液中，通過(guò)冷卻液循環(huán)帶走服務(wù)器等設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的熱量。浸沒(méi)式液冷是一種典型的直接接觸液冷技術(shù)。目前在我國(guó)，浸沒(méi)式液冷已逐步進(jìn)入商用部署階段。
六、企業(yè)相繼布局搶占領(lǐng)地，目前市場(chǎng)呈現(xiàn)出多元化和集中化的特征
隨著液冷技術(shù)的不斷推廣和成本性價(jià)比的提升，微軟、聯(lián)想、浪潮、英偉達(dá)等國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)相繼布局液冷市場(chǎng)，分一杯羹。他們不僅推出了多款液冷產(chǎn)品，還持續(xù)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，旨在提升液冷性能并降低成本。例如，英偉達(dá)GB200超算服務(wù)器性能則可謂“全球獨(dú)一檔”算力系統(tǒng)的存在。英偉達(dá)基于兩個(gè)B200 AI GPU以及自研Grace CPU所打造的AI超算系統(tǒng)GB200，基于大語(yǔ)言模型(LLM)的推理工作負(fù)載性能則瞬間能夠提升30倍，同時(shí)與上一代 Hopper架構(gòu)相比，GB200成本和能耗大幅度降低約25倍。在具有1750億參數(shù)級(jí)別的GPT-3 LLM基準(zhǔn)上，GB200的推理性能是H100系統(tǒng)的7倍，并且提供了4倍于H100系統(tǒng)的訓(xùn)練速度。
另外Vertiv和AI芯片霸主英偉達(dá)(NVDA.US)合作開(kāi)發(fā)的下一代NVIDIA AI GPU加速數(shù)據(jù)中心先進(jìn)液冷解決方案有望適用于GB200，Vertiv 的高能量密度電源和冷卻解決方案旨在支持英偉達(dá)下一代 GPU 以最佳性能和高可用性安全地運(yùn)行計(jì)算最密集的 AI 工作負(fù)載。
英維克已針對(duì)高性能算力設(shè)備和數(shù)據(jù)中心，推出了創(chuàng)新的Coolinside液冷機(jī)柜及全面的液冷解決方案。
與此同時(shí)，隨著技術(shù)的成熟和成本的降低，我國(guó)國(guó)內(nèi)廠商也逐漸嶄露頭角。當(dāng)前，我國(guó)液冷服務(wù)器行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局呈現(xiàn)出多元化和集中化的特征，有技術(shù)壁壘的限制。例如浪潮信息在液冷領(lǐng)域全棧布局，其通用服務(wù)器、高密度服務(wù)器、整機(jī)柜服務(wù)器以及AI服務(wù)器四大系列產(chǎn)品均已支持冷板式液冷，并致力于提供液冷數(shù)據(jù)中心的全生命周期整體解決方案。
目前，我國(guó)液冷服務(wù)器市場(chǎng)上主要廠商包括浪潮信息、華為、曙光、超聚變等。數(shù)據(jù)顯示，浪潮信息在2024年上半年占據(jù)了液冷服務(wù)器市場(chǎng)的領(lǐng)先地位，市場(chǎng)份額占比第一?。超聚變和寧暢分別位列液冷服務(wù)器市場(chǎng)占比的第二、三位，與浪潮信息共同占據(jù)了七成左右的市場(chǎng)份額。
預(yù)計(jì)未來(lái)，我國(guó)液冷服務(wù)器行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局仍以國(guó)內(nèi)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)為主，小型企業(yè)面臨失去市場(chǎng)份額和淘汰風(fēng)險(xiǎn)，市場(chǎng)集中度進(jìn)一步加劇。主要原因在于：（1）中國(guó)液冷技術(shù)已經(jīng)形成技術(shù)護(hù)城河，國(guó)外企業(yè)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)受數(shù)據(jù)安全限制。（2）行業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)程度持續(xù)惡化，資本積累成為關(guān)鍵因素。（WW）
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