1、電子設(shè)備散熱問題驅(qū)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(shè)備發(fā)熱的本質(zhì)原因就是工作能量轉(zhuǎn)化為熱能的過程。散熱是為解決高性能計算設(shè)備中的熱管理問題而設(shè)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(shè)備性能并延長使用壽命。隨著芯片功耗的提升，散熱技術(shù)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(shù)路徑，最后發(fā)展到液冷技術(shù)。
根據(jù)觀研報告網(wǎng)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(jī)內(nèi)部元器件產(chǎn)生的熱量傳遞到計算機(jī)外，以保證計算機(jī)工作在安全溫度范圍內(nèi)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(yīng)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(hù)性 |
較簡單 |
復(fù)雜 |
復(fù)雜 |
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供應(yīng)商 |
華為、浪潮曙光、聯(lián)想超聚變等主流供應(yīng)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(yīng)用案例 |
多 |
超算領(lǐng)域較多 |
較多 |
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總結(jié) |
初始投資中等，運維成本較低，PUE收益中等，部署方式與風(fēng)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(jī)柜，服務(wù)器結(jié)構(gòu)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(wù)器結(jié)構(gòu)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(shè)備能耗。PUE是評價數(shù)據(jù)中心能源效率的核心指標(biāo)，其數(shù)值越接近1，表示數(shù)據(jù)中心能效越高?？照{(diào)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心能耗占比僅次于IT設(shè)備，在無法升級IT系統(tǒng)時，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗是重要環(huán)節(jié)。當(dāng)空調(diào)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(nèi)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(nèi)PUE要求東部≤1.25、西部≤1.2，先進(jìn)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(guān)要求
| 時間 | 部門 | 文件 | 相關(guān)內(nèi)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(yán)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(dá)峰碳中和目標(biāo)要求推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)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(jìn)一步降到1.25以下，綠色低碳等級達(dá)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(jī)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(guān)要求
| 時間 | 省市 | 文件 | 相關(guān)內(nèi)容 |
| 2023年7月 | 北京 | 《北京市發(fā)展和改革委員會關(guān)于印發(fā)進(jìn)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(kuò)建數(shù)據(jù)中心，年能源消費量小于1萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤（電力按等價值計算，下同）的項目PUE值不應(yīng)高于1.3；年能源消費量大于等于1萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤且小于2 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的項目，PUE值不應(yīng)高于1.25；年能源消費量大于等于2萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤且小于3萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的項目，PUE值不應(yīng)高于1.2；年能源消費量大于等于3萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的項目，PUE值不應(yīng)高于1.15； |
| 2023年12月 | 江蘇 | 《推進(jìn)長三角樞紐節(jié)點蕪湖數(shù)據(jù)中心集群建設(shè)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(chǔ)設(shè)施高質(zhì)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)實施方案（2024— 2027年）》 | 本市新建和改擴(kuò)建智算中心PUE值一般不超過1.25，年能耗超過3萬噸標(biāo)煤的大規(guī)模先進(jìn)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(shè)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(shù)和新能源推廣應(yīng)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(jīng)在HPC、AI高密計算領(lǐng)域商用超過8年時間，技術(shù)成熟、生態(tài)完善、總體成本可控，整體產(chǎn)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(fēng)冷時服務(wù)器側(cè)和機(jī)房側(cè)的改動均較小，對客戶的使用習(xí)慣改變不大，硬盤、光模塊等部件與風(fēng)冷一致，運維模式、機(jī)房承重與風(fēng)冷場景也較為類似，更適合當(dāng)下進(jìn)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(shè)加速的背景下，綜合考慮產(chǎn)業(yè)鏈成熟度、客戶接受度等多因素，短期內(nèi)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(wù)器出貨量增長，亦將推動液冷設(shè)備的持續(xù)提升
液冷產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的產(chǎn)品零部件提供商、中游的液冷服務(wù)器和基礎(chǔ)設(shè)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(chǎn)業(yè)鏈上游：主要為產(chǎn)品零部件及液冷設(shè)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(chǎn)品供應(yīng)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(chǎn)業(yè)鏈中游：主要為液冷服務(wù)器、芯片廠商以及液冷集成設(shè)施、模塊與機(jī)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(chǎn)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(wǎng)企業(yè)以及信息化行業(yè)應(yīng)用客戶，主要在電信信息、互聯(lián)網(wǎng)、政府、金融、交通和能源等信息化應(yīng)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(yīng)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(shù)白皮書》，提出三年液冷發(fā)展愿景：2023年開展技術(shù)驗證、2024年開展規(guī)模測試、2025年及以后開展規(guī)模應(yīng)用。在技術(shù)路線上，電信運營商現(xiàn)階段將主要推進(jìn)冷板式液冷與單相浸沒式液冷兩種方案。當(dāng)前，運營商數(shù)據(jù)中心仍以低功率機(jī)架為主，考慮到高功率機(jī)架的需求分布，液冷需求或?qū)⒅饕獜陌l(fā)力AI的互聯(lián)網(wǎng)廠商起步，運營商在液冷產(chǎn)業(yè)推進(jìn)鏈條上排序本應(yīng)較靠后。白皮書的發(fā)布標(biāo)志著運營商主動成為液冷產(chǎn)業(yè)推動者，進(jìn)一步加速液冷技術(shù)及生態(tài)成熟。
隨著各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以及人工智能、大數(shù)據(jù)、5G、AIGC等技術(shù)推動，我國算力中心建設(shè)規(guī)模高速增長。截至2023年，我國提供算力服務(wù)的在用機(jī)架數(shù)達(dá)810萬標(biāo)準(zhǔn)機(jī)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(chǔ)設(shè)施高質(zhì)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(dá)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(nèi)，全球市場上同樣是AI服務(wù)出貨量持續(xù)增長的預(yù)期，也將帶動液冷行業(yè)的持續(xù)高增長。2024年，英偉達(dá)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(dá)1000W，對散熱技術(shù)提出更高要求，預(yù)計2026年全球A I服務(wù)器出貨量達(dá)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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