服务器冷却技术发展历程

液冷产业链解析

液冷行业产业链完整，上下游产品紧密相连。根据中国证券报，液冷产业生态涉及产业链上中下游，包括上游的产品零部件提供商、中游的液冷服务器提供 商及下游的算力使用者。上游代表厂商有英维克、3M、云酷、竞鼎、诺亚、广东合一、绿色云图等；中游代表 厂商有华为、中兴、浪潮、曙光、新华三、联想、超聚变、英特尔等；下游主要包括三家电信运营商，百度、 阿里巴巴、腾讯、京东等互联网企业以及信息化行业应用客户。

国内外企业积布局，服务器冷却技术持续发展

我国液冷技术起步稍晚于国外，但起步后发展迅速，后期与国外发展进程基本同步，并且在液冷规模试点应用 方面积累了丰富经验。根据《中国液冷数据中心发展白皮书》，2017年，华为推出FusionServer液冷解决方案； 2018年，阿里巴巴在其自建的张北数据中心部署浸没式液冷系统；2019年，中科曙光实现了全球首个“刀片式 浸没相变液冷技术”的大规模部署，其单机柜功率密度达160kW，TC4600E-LP液冷刀片服务器液冷部分PUE低于 1.1。

服务器冷却技术分类

服务器的冷却方式分为风冷技术和液冷技术两种，风冷技术使用空气作为冷媒，通过空气与发热部件接 触换热实现散热的冷却方式；而液冷技术则是以液体作为冷媒的冷却方式，利用液体将数据中心IT设备内部元器 件产生的热量传递到设备外，从而冷却IT设备。 针对液冷技术，按照液体与发热器件的接触方式,大致分为冷板式(间接接触)、喷淋式和全浸没式 (直接接触)。冷板式是将液冷冷板固定在服务器的主要发热器件上,依靠流经冷板的液体将热量带走达到散热 目的；喷淋式液冷是在机箱顶部储液和开孔,让冷却液对发热体进行喷淋,达到设备冷却的目的；浸没式液冷是将 发热元件直接浸没在冷却液中,依靠液体的流动循环带走服务器等设备运行产生的热量。

液冷技术与风冷技术之比较

针对不同的应用场景，液冷技术相对于风冷技术存在以下优劣势：散热效率方面，液冷技术的散热效 率高于风冷技术，有利于将热量传递到设备外；适应环境方面，相比风冷散热，液冷散热技术可以适应多粉尘等 恶劣场景，有效避免充电模块故障率高和噪音大的问题；噪音方面，相比风冷散热，液冷散热技术没有风扇，噪 音更低；能源效率方面，液冷技术相比风冷技术能够更好地降低PUE值，从而达到节能减排的目的。

AI浪潮大力驱动，液冷行业发展市场广阔

AI发展进入新时代，算力需求持续扩大

AI新阶段算力需求大幅提升：随着AIGC的不断发展，大模型所需要的参数和训练数据量和深度学 习时期相比，有了数量的提升。奇异摩尔产品及解决方案副总裁祝俊东表示：以GPT-3为例， 1750亿的模型参数，45TB的训练数据集，是之前的10倍以上。算力需求的持续扩大需要相关硬件 的完善，从而加快数据中心的建设落地，而液冷设备作为数据中心的基础配套设施，其需求量会 随之提升。

AI服务器规模节节攀升

AI发展进入新时代，算力需求不断扩大带动服务器市场规模持续攀升。今年以来，AI的发展迎来了一个小高潮，先是ChatGPT登陆苹果商店，成为了突破百万用户x快的应用程 序；之后谷歌、华为、百度、科大讯飞等纷纷推出自己的大语言模型；其次Apple Vision Pro的强势推出标志着 正式进入空间计算时代；而在刚刚过去的英伟达COMPUTEX 2023大会上，超计算机GH200的全面量产又无 疑为AI的持续发展提供了强劲的硬件支持。 在新工业革命的背景下，大数据、算力、算法等快速迭代，正驱动人工智能进入新阶段，这也推动着AI架构不 断革新，得益于此，AI服务器规模不断扩大，集群数量不断增多。目前架构类型主要分为三种：中小型、中型 和大型，分别对应的集群规模是1000台、2000台、2000—18000台。据华经产业研究院统计，2020年全球AI服 务器市场规模为122亿美元，预计到2025年全球AI智能服务器市场将达到288亿美元，5年CAGR达到18.8%。

利好政策频出，助力数据中心建设

得益于各项政策的落地，据中国信通院数据，我国数据中心市场规模在2021年达到1500亿元左右， 近三年年均复合增速达到30.69%。随着我国各地区各行业数字化转型的深入，我国数据中心规模 将保持持续增长态势，预计在2023年将达到2470亿元。

国内企业持续加码数据中心行业

国内服务商持续加大对数据中心的投资。各大厂商持续加大对数据中心的建设，以世纪互联和万国数据为例，世纪互联的资本性支出自2018年以来 大幅上升，2022年财报显示，其资本性支出达到了30.53亿元；万国数据整体的资本性支出也处在上升趋势， 从2018年的42.58亿元上升至2021年的97亿元，虽然2022年有所下降，但仍达到了78.47亿元的水平，预计随 着AIGC应用落地速度的加快，资本性支出会进一步上升。

液冷做为数据中心配套设施前景广阔

数据中心规模不断扩大，推动冷却技术升。数据中心主要职能是数据的接收、处理、存储与转发；根据《“十四五”信息通信行业发展规划》，到 2025 年，全国数据中心算力将达到 2020 年的 3.3 倍。随着市场对算力的需求不断增长，散热冷却系统移热 速率亟需与产热速率匹配。正是由于这个原因，为了减少耗能，这部分的市场需求倒逼冷却技术的不断升 ； 根据绿色高效数据中心公众号显示，IT设备将99%以上的电能转换为热能，而其中 70% 的热能需数据中心 通过散热冷却系统移除，进一步增加了数据中心的用电消耗。作为辅助单元，散热冷却系统在大型数据中 心的电能消耗与IT 设备电耗基本相当。由此可见，数据中心的散热冷却系统具有大的节能潜力。数据中 心散热冷却技术的突破创新，是实现全行业绿色低碳发展的关键。

目前发展的散热冷却技术主要有风冷和液冷两大类，其中风冷包括自然风冷和强制风冷，适用的机柜功率 密度较低；液冷分为单相液冷和相变液冷。散热冷却系统所采用的冷却介质、冷却方式不同，移热速率差 距大。传统风冷x高可冷却30 kW/r的机柜，对于30 kW/r以上功率密度的机柜无法做到产热与移热速率匹配， 会使机柜温度不断升高导致算力下降甚至损害设备。因此，在机柜功率密度不断提高的大数据时代，要求 散热冷却设备及方式的不断创新，提升移热速率。

目前国内已有中科曙光、绿色云图、联想、浪潮和华为等涉足液冷领域。目前，由于适应场景、冷却液价 格和改造成本，液冷技术并未大面积普及。未来随着GPU运算占比的增加和服务器密度的不断增加，液冷 将是代替风冷的必然选择； 根据赛迪顾问的数据，以液冷数据中心对传统市场进行替换作为市场规模测算基础，结合华为、阿里巴巴 和中科曙光对液冷数据中心的替换率调查，保守测算出2019年中国液冷数据中心的市场规模为261亿元，乐 观估计为351亿元，2025年我国液冷数据中心的市场规模将破1200亿元。

液冷应用行业众多

互联网、金融和电信行业液冷应用比重较大。据科智咨询数据显示，2019年液冷数据中心主要应用在以超算为代表的应用当中，随着互联网、金融和电 信行业业务量的快速增长，上述行业对数据中心液冷的需求量将会持续加大。预计2025年互联网行业液冷 数据中心占比将达到27.9%，金融行业将达到15.5%，电信行业将达到19.4%；而泛XXX行业需求将加快融入 通用数据中心新业态，整体上规模有所下降。

液冷是降低PUE的x优解

“双碳”背景下，PUE指标不断降低。 PUE是国际公认的数据中心能源消耗评估指标。它是数据中心损耗的所有能量与IT设备损耗的能量之比。理 想值为1，即所有电源都用在服务器上。但在实际运行中每个数据中心在服务器冷却上等其他地方都要损耗 大批量能源； 根据工信部《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》的文件，到2023年底，新建大型及以上数 据中心PUE降低到1.3以下，我国绿色数据中心发展政策也指出，将计划降低数据中心能耗总体水平。

在保证算力运转前提下，只有通过降低数据中心辅助能源的消耗，才能达成节能目标下的PUE要求。根据观 研天下报告显示，在数据中心能耗结构中，制冷系统占比24%以上，是占比x高的部分，所以降低制冷系统 能耗是降低PUE的有效方法； 液冷利用液体的高导热、高传热特性，在进一步缩短传热路径的同时充分利用自然冷源，实现PUE小于1.25 的佳节能效果。由此可见，液冷的制冷效率更高更适合高功率数据中心，液冷或成必选项。

国内液冷市场格局一览

国内液冷市场格局

多方企业加速布局，液冷设备市场竞争激烈。根据中国信通网，冷板式液冷产品相关企业包括：谷歌、IBM、中科曙光、腾讯、百度、京东、华为等；浸没 式液冷产品相关企业包括：Facebook、英特尔、微软、中科曙光、阿里巴巴、施耐德、3M、高澜、英维克、维 谛技术等；喷淋式液冷产品相关企业包括：长城、广东合一。

冷板式液冷仍为液冷行业未来主流方案。从液冷数据中心基础设施产品的比例来看，冷板式液冷仍是行业主流方案，浸没式液冷数据中心基础设施比例 将逐步提升。根据赛迪顾问数据，2019年冷板式液冷产品和浸没式液冷产品在市场上的占比分别为82%和18%。 冷板式液冷技术发展较早，目前冷板式液冷数据中心产品在市场上占比较高，但浸没式液冷是直接接触的制冷 方式，相较于冷板式液冷，更大程度上利用液体的比热容特点，制冷效率更高，可有效降低数据中心PUE。

液冷设备市场竞争格局未定，多方企业加速布局。根据观研报告网发布的《中国液冷设备行业发展趋势研究与未来投资分析报告（2023-2030年）》显示，在市 场竞争方面，由于国内外数据中心基础设施厂商液冷技术普及率较低，市场参与者较少，尚未形成较强龙头， 市场竞争格局未定，同时在加上我国对数据安全具有严格的保护政策，国外企业进入困难。目前，我国液冷设 备行业内具有竞争性的企业主要有华为、阿里巴巴、联想、浪潮信息、广东合一、戴尔中国等，其中中科曙光、 华为、阿里和联想处于市场领导者地位。

浪潮、超聚变、宁畅占据七成市场份额。2023年6月5日，IDC发布的《中国半年度液冷服务器市场（2022下半年）跟踪》报告显示：2022 年中国液冷服 务器市场规模达到 10.1 亿美元（71.8 亿元人民币），同比增长 189.9%。从厂商销售额角度看，浪潮、超聚 变、宁畅位居前三，占据了七成左右的市场份额。