液冷技术：未来AI设备散热的新篇章

  导语：液冷技术，作为未来AI设备散热领域的新篇章，正逐步开启高效散热与性能提升的时代，为AI设备的稳定运行与持续发展注入强大动力。

  液冷，即液体冷却，是指以液体为冷却介质，通过CDU设备将进入服务器的工艺冷媒液体降温至17～45℃左右，将服务器产生的热量全部或部分转移的过程。液冷技术的高效制冷效果有效提升了服务器的使用效率和稳定能力，同时使数据中心在单位空间布置更多的服务器，提高数据中心运算效率，兼具节能降噪的优势，余热利用也可以创造更多经济价值。

  液冷的主要原理是用液体替代空气作为冷媒，为CPU、芯片组、内存条以及扩展卡等发热器件进行换热，带走热量。在节能、成本、节地、芯片可靠性、机房环境等多维度，液冷相比风冷均具备优势。

  根据冷却液与发热器件的接触方法不一样，可大致分为间接液冷和直接液冷。间接液冷是指服务器热源与冷却液之间没有非间接接触的换热过程，以冷板式液冷技术为主。直接液冷是指将发热部件与冷却液非间接接触的冷却方式，包括浸没式和喷淋式液冷技术。其中根据冷却液是否会发生液态到气态的转变，浸没式液冷又可大致分为单相浸没式液冷和双相浸没式液冷。目前冷板式液冷和浸没式液冷是液冷的主要形式。

  2021年以来国家发改委、工信部及能源局与数据局等多部门联合发布了多项政策，鼓励企业加大新型数据中心预制化、液冷等设施层的研发投入，支持数据中心采用新型机房精密空调、液冷余热综合利用等方式建设数据中心，积极推动液冷行业的发展。

  根据国务院有关部门文件，对于新建大型及以上数据中心，在总算力要求提高的同时，还要求其PUE值在2021年底降至1.35以下；到2023年底，降低到1.3以下，严寒和寒冷地区力争降低到1.25以下；到2025年底，在此基础上绿色低碳等级达到4A级以上。总的来看，国家宏观政策层面对PUE值要求趋紧，呈年年在下降趋势。地方层面，北京、上海、广东、浙江等省市地区也纷纷发布有关政策，对其辖区内的存量数据中心和新建数据中心PUE值提出了不同的要求。

  液冷技术最早起源于19世纪后期，主要使用在于汽车工业；在1960年代，IBM研发出世界首款企业级计算机System 360，液冷开始步入计算机领域。经历多年的发展，液冷技术逐渐朝着更高效、节能的方向发展。至今，国家标准化管理委员会（SAC）和中国电子标准化协会（CESA）等机构相继制定和发布了一系列液冷技术的标准和规范，液冷技术也实现了在多个行业的推广应用。整体而言，液冷行业经历了五个发展阶段，具体如下：

  液冷数据中心产业链由上游液冷产品零部件及设备厂商、中游液冷产品及解决方案提供商、下游液冷数据中心应用主体构成。上游液冷产品零部件及设备包括冷却液、CDU、电磁阀、连接器、manifold、TANK等，其中冷却液代表性企业为巨化股份、新宙邦，电磁阀代表性企业为三花智控、万讯自控，Tank代表性企业为英维克、曙光数创，连接器、CDU代表性企业为英维克、溯联股份、高澜股份。中游是产业链核心环节，主要为液冷服务器、基础设施服务商以及液冷系统集成方，中游代表性企业包括浪潮信息、超聚变、宁畅等；下游为液冷数据中心最终用户，最重要的包含政府相关单位、基础电信运营商、泛互联网厂商及能源、生物医药、AI等相关领域企业。

  冷却液是液冷技术的重要的条件之一。冷却液主要可分为氟化学物质（或氟碳化合物）和烃类（例如矿物油、合成油和天然油）。氟化物性质稳定，冷却效果优于矿物油、硅油等，但是价格昂贵；矿物油则具有不易兼容、易燃、相对粘稠、易蒸发等缺陷。

  冷却液在冷板中的作用不大，大多数都用在封闭循环，基本无需补充。而浸没系统由于会蒸发，因此补液较为频繁。

  从性能上看，氟化冷却液是目前较适合用于数据中心液冷系统的冷却液，但目前价格仍较为昂贵。市场上用于浸没式相变冷却的电子氟化液种类目前有3M的FC-770、Novec-7200等，价格高，还没有被数据中心大规模使用。

  从市场格局来看，电子氟化液市场长期被国外企业占据，相关海外供应商主要有3M、苏威、旭硝子等，前述企业占据了全世界绝大多数市场占有率。国内则处于快速追赶阶段，相关企业有巨化股份、新宙邦、诺亚氟化工、纯钧新材、永太科技、永和股份等。

  根据实际经验，合物分子中的H原子，不利于介电强度的提升，比如：氢氟烃和氢氟醚，即使像（E）-氢氟烯烃的介电常数可以很小，但是其介电强度很低，难以满足浸没式冷却液的绝缘要求。而引入醚键的方式，对化合物GWP值和介电常数等关键指标影响并不显著。引入F原子是降低化合物介电常数的有效手段，与此同时，C＝C或环结构则可以明显降低GWP值。因此，在分子设计中，不饱和结构的全氟化合物将成为最重要的研究方向。

  电磁阀是一种利用电磁控制的自动化基础组件，它通过电磁力驱动阀芯移动，从而改变阀门的开闭状态，实现介质流动的控制。电磁阀的主要应用场景包括工程机械、医疗环保、汽车工业等。电磁阀的工作原理是通过电磁线圈通电产生磁场，吸引阀芯移动，从而控制阀门的开闭。

  目前，全球电磁阀市场主要由欧美、日本等发达国家的企业占据，包括Parker（派克汉尼汾）、 Danfoss（丹佛斯）、ASCO（艾默生）、Kendrion（肯德里昂）、SMC、CKD、Bosch（博世）、Rexroth（力士乐）等，根据QY Research的调研数据，全球前10大厂商约占据50%足有的市场份额。

  国内电磁阀市场之间的竞争较为激烈，公司数众多，但整体规模较小，技术水平参差不齐。目前，国内电磁阀市场主要由外资企业和本土企业一同竞争。外资企业凭借着先进的技术和品牌优势，在高端市场占据了较大的市场占有率；本土企业则在中低端市场具有较强的竞争力，通过不断的提高技术水平和产品质量，逐渐扩大市场份额。

  在本土企业中，一些具有较强实力的企业慢慢的开始崛起，如浙江三花、宁波华液等企业，通过不断的技术创新和市场拓展，慢慢的变成了国内电磁阀行业的领军企业。这一些企业不仅在国内市场具有较高的知名度和市场占有率，还开始向国际市场进军，与外资企业展开竞争。

  液冷数据中心的下游市场大多分布在在互联网、电信、金融、能源、生物、医疗和政务等行业。这一些行业对高密度计算和高效散热的需求推动了液冷技术的应用。

  2019年液冷数据中心主要使用在在以超算为代表的应用当中，随着网络、金融和电信行业业务量的迅速增加，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24.0%，金融行业将达到25.0%，电信行业将达到23.0%。而能源、生物、医疗和政务等将行业需求将加快融入通用数据中心新业态，整体上规模会降低。预计2025年能源行业液冷数据中心占比将达到10.5%，生物行业将达到8.5%，医疗行业将达到6.5%，以政务为代表的别的业务则将下降至2.5%。

  我国在用算力中心机架近年来保持稳定快速地增长态势，从2017年166万架增长至2023年810万架，年均复合增长率达30.24%。

  近年来，市场主流芯片功耗密度持续提升，散热需求迅速增加，Intel、ADM等主要芯片制造商持续提高芯片的散热设计功耗TDP，主流系列处理器功耗已达350-400TDP/W。此外，AI应用发展推动GPU需求量开始上涨，GPU功耗密度远高于CPU，NVIDIA H800功率密度达到700TDP/W，已突破传统风冷系统散热能力范围。预计未来在后摩尔定律时代下，芯片算力与功耗仍将大幅提升。

  2024上半年液冷服务器市场占比前三的厂商分别是浪潮信息、超聚变和宁畅，占据了70%左右的市场占有率。传统服务器厂商本身在风冷解决方案中占有较高份额，因此在液冷服务器的生产和销售布局比较早，更易获得用户的青睐。同时也能够正常的看到，超云、宝德和中兴等服务器厂商也在积极开拓液冷服务器市场。

  目前市场上有26家AI液冷服务器产业链相关上市公司，大多分布在在广东、浙江、上海、北京、江苏等地区。其中，广东6家，浙江4家，上海3家，北京3家，江苏3家。

  浪潮信息是全球领先的IT基础架构产品、方案及服务提供商，业务覆盖计算、存储、网络三大关键领域，提供云计算、大数据、人工智能、边缘计算等在内的全方位数字化解决方案。2023年，浪潮信息持续聚焦云计算、大数据、人工智能为代表的智慧计算，根据Gartner、IDC发布的最新数据，浪潮信息服务器、存储产品市场占有率持续保持全球前列。2023年浪潮信息在服务器市场，全球第二，中国第一；在存储市场，全球前三，中国第一；在液冷服务器市场中国第一。浪潮信息在2022年率先提出“Allin液冷”战略，2023年持续践行该战略，推进数据中心绿色降碳。

  超聚变成立于2021年9月，为华为的全资控股子公司。后续华为受到了美国制裁，出于回笼现金流和业务发展的原因，华为在2021年12月将超聚变分别出售给了河南国资委旗下的豫信电子科技集团、中国移动旗下的中移资本、申万宏源、建设银行旗下的建信投资、浙江国资委旗下的联力投资、交通银行旗下的交银国际和中国联通旗下的联通中金资本。超聚变在2022年9月获得了中国电信、纽尔利资本、人保资本、中金资本、中国保险投资基金、招商资本和工商银行旗下银通投资的投资，在2023年获得了深圳国资委旗下深圳基础设施基金的投资。在各大国资背景和投资机构股东加持下，超聚变以第一中标候选人身份成功中标中国电信6500套服务器采购项目。

  宁畅成立于2019年12月，是集研发、生产、部署、运维为一体的服务器厂商及IT系统解决方案提供商，为全行业客户提供基于X86架构通用机架、人工智能、多节点、边缘计算及JDM全生命周期定制等多类型服务器及IT基础设施产品。宁畅的高管和核心骨干来自于中科曙光等头部服务器厂商。

  液冷行业未来发展的新趋势一方面表现为应用场景从房间级向芯片级的演进，另一方面主要体现为交付模式从一体化交付转向解耦交付。

  目前冷板式液冷方案的交付模式可大致分为两类，包括一体化交付与解耦交付两种。

  在对液冷行业规模进行测算时，本文假设未来短时间内液冷行业仍以冷板式液冷和浸没式液冷为主，且对冷板式液冷和浸没式液冷的渗透率、功耗及单价的未来变化进行假设。

  基于以上对于未来渗透率、功耗和单价的未来变化趋势，综合测算得2028年我国液冷市场规模约196.1亿元。