液冷數據中心產業格局全景解析

截至2022年年底，全國大型及以上用數據中心機架總規模超過650萬標準機架，算力總規模達到180EFLOPS，位居全球第二，算力總規模近五年年均增速超過25%，存力總規模超過1000EB。其中，智能算力規模不斷擴大，占比提升至40%以上。
人工智能的應用加速數據中心向高密化趨勢演進，導致高性能計算集群對于散熱的要求提升。
當前風冷散熱已趨于能力天花板，傳統的空氣冷卻散熱系統已不能完全滿足數據中心服務器散熱需求。
液冷散熱將憑借低能耗、高散熱效率、低噪音等優勢有望取代風冷成為主流。
延展閱讀：液冷服務器：數據中心新趨勢，產業格局梳理

目前，全球高密集度、高供電密度的超大型數據中心已逐漸采用液冷技術。 IDC預測，拋開傳統的大規模數據中心不計，未來有大概20%的邊緣計算數據中心也將采用液冷技術。
根據《中國液冷數據中心發展白皮書》數據，樂觀估計2025年中國液冷數據中心市場規模將達到1330.3億元。 從政策方面來看，在“雙碳”背景下，國家發改委指導政策明確要求到2025年全國新建大型、超大型數據中心PUE低于1.3，國家樞紐節點低于1.25。 液冷技術在經濟性與散熱效率兩個角度均滿足市場與政策指導需求。

01
液冷行業概覽

數據中心冷卻技術包含風冷冷卻、水冷冷卻、自然冷卻及液冷冷卻等技術。
液冷是以液體作為熱量傳導媒介，通過冷卻液與服務器發熱部件直接或間接接觸的方式換熱，將發熱部件產生的熱量帶走的一種服務器散熱技術。
由于液體比空氣的比熱容大得多，制冷效率遠高于風冷散熱，并且由于省去了風扇，也可達到降低噪音的效果。相比而言，液冷更適用于高密度功率的數據中心。
服務器也因此實現了高密度、低噪音、低傳熱溫差、全年自然冷卻的效果。

數據中心液冷原理圖：

圖片資料來源：《中國液冷數據中心發展白皮書》

根據中國電子節能技術協會，液冷PUE低于傳統風冷PUE至少50%，意味著眾多數據中心的能耗能夠至少減少50%，碳排放量也將減少50%。 PUE即電能利用效率，是數據中心消耗的所有能源與IT負載消耗的能源比值。PUE值越接近于1，表示一個數據中心的綠色化程度越高。因此，PUE值越高，數據中心的整體效率越低。 采用液冷技術的數據中心，其PUE低至1.04，相比風冷數據中心能效比提升超30%，單機柜功率密度達160kW，計算設備可靠性至少提升一個數量級。

液冷三大技術對比

液冷技術分為接觸式及非接觸式兩種。
接觸式液冷是指將冷卻液體與發熱器件直接接觸的一種液冷實現方式，包括浸沒式和噴淋式液冷等具體方案。
非接觸式液冷是指冷卻液體與發熱器件不直接接觸的一種液冷實現方式，包括冷板式等具體方案。
總體來看，液冷技術路徑主要有冷板式液冷、浸沒式液冷、噴淋式液冷三大類。

液冷技術分類總覽：

圖片資料來源：IDC圈

冷板式液冷采用微通道強化換熱技術具有極高的散熱性能。
在軍用雷達、高密度數據中心、高性能電腦、動力電池以及高功率LED 散熱領域均有應用，是解決大功耗設備部署、提升能效、降低制冷運行費用、降低TCO 的有效應用方案。
冷板式液冷技術改造成本低、技術最成熟、生態更完善。

冷板式液冷系統部件拆分圖：

浸沒式液冷技術通過浸沒發熱器件，使得器件與液體直接接觸，進而進行熱交換。其中，冷卻液為數據中心的換熱介質，具有高絕緣、低黏度以及超強的兼容特性，是浸沒式液冷技術的主要媒介。
浸沒式制冷效率更高，可適配更高功率密度的機柜和數據中心，具有更優的節能效果，在超算、高性能計算領域取得了廣泛應用，全浸沒式液冷式服務器有望成為未來技術趨勢。

浸沒式液冷示意圖：

資料來源：中科曙光

噴淋式液冷是面向芯片級器件精準噴淋，通過重力或系統壓力直接將冷卻液噴灑至發熱器件或與之連接的導熱元件上的液冷形式，屬于直接接觸式液冷。
噴淋式液冷系統主要由冷卻塔、CDU、一次側& 二次側液冷管路、冷卻介質和噴淋式液冷機柜組成；其中噴淋式液冷機柜通常包含管路系統、布液系統、噴淋模塊、回液系統等。
噴淋式液冷卻效果和低PUE將大幅提升其使用率，但因為改造成本高，現階段落地應用較少。

噴淋式液冷示意圖：

圖片來源：中興通訊《液冷技術白皮書》

02
液冷發展歷史沿革

從液冷歷史來看，海外廠商具有先發優勢，中國廠商后來居上實現突圍。

1964年，IBM公司研發出世界首款冷凍水冷卻計算機System 360，開創了液冷計算機先河。
2008年，IBM重回液冷，發布了液冷超級計算機Power 575。
2009年，英特爾推出了礦物油浸沒散熱系統。
2011年，中科曙光率先開始了服務器液冷技術的探索與研究，并于2013年完成了首臺冷板式液冷服務器原理機和首臺浸沒式液冷原理驗證。
2015-2018年，中科曙光、華為、浪潮信息、聯想、阿里巴巴等一眾國產廠商先后實現了液冷服務器大規模商業應用項目的落地，實現彎道超車。
2018年，谷歌宣布將在其數據中心采用液冷技術，并表示今后其數據中心的降溫方式將向液冷方向轉變。
2019年，中科曙光再下一城，實現了全球首創“刀片式浸沒相變液冷技術”的大規模部署，將單機功率密度提升至160kW，其TC4600E-LP液冷刀片服務器液冷部分PUE低于1.1，全球領先。

2021年，阿里云在“第十六屆中國IDC產業年度大典”上正式向業界發布行業首款單相浸沒液冷解決方案—磐久Immersion DC 1000，將綠色液冷技術與極致算力平臺結合，實現基礎設施散熱能力和服務器、網絡設備高效融合并整體交付，整體能耗可下降34.6%。

2022年，浪潮信息發布全棧液冷產品，通用服務器、高密度服務器、整機柜服務器、AI服務器等四大系列均支持冷板式液冷，同時浪潮信息亞洲最大液冷數據中心研發生產基地-天池正式投產，年產能達到10萬臺，實現了業界首次冷板式液冷整機柜的大批量交付。

國內外液冷技術發展歷程：

資料來源：三大運營商《電信運營商液冷技術白皮書》

03
液冷數據中心產業鏈

液冷產業生態尚未完全成熟，目前業內還沒有服務器與機柜的統一接口規范標準，由于機柜與服務器需要深度耦合，而各家服務器設備、冷卻液、制冷管路、供配電等產品形態各異，不同廠家產品接口不同、不能互相兼容，勢必限制競爭，影響產業的高質量發展，因此需要產業鏈上下游的協同推進。
液冷產業生態涉及產業鏈上中下游，包括上游的產品零部件提供商、中游的液冷服務器提供商及下游的算力使用者。
液冷數據中心上游主要為產品零部件，包括接頭、CDU、電磁閥、TANK、maniflod等。
中游主要為液冷服務器，也是產業鏈的核心。

下游行業主要包括互聯網、金融、電信、政府、交通和能源等信息化程度相對較高的行業，涵蓋智慧計算、電子政務、企業信息化、關鍵應用以及民生等相關領域，包括三大電信運營商，以及騰訊、阿里巴巴等互聯網大型企業。

液冷產業鏈：

圖片資料來源：《電信運營商液冷技術白皮書》

04
液冷市場格局

海外浸沒式液冷市場的主要玩家有GRC（美國）、LiquidStack（美國）、Midas（美國）等；冷板式液冷市場主要玩家有CoolIT Systems（美國）、Asetek（丹麥）、Motivair（美國）等。

谷歌、微軟、英特爾、IBM、HP等公司也已經在液冷技術領域有所布局。

國內市場中，部分企業經過多年的技術積累和沉淀，已經展現出較為明顯的技術優勢和市場先發優勢，未來行業內有望形成龍頭廠商占據主要市場份額的競爭格局。
據信通院《中國液冷數據中心發展白皮書》對于中國液冷數據中心廠商競爭力的研究，基于產品營收、市占率、客戶反饋等指標，中科曙光、浪潮信息為市場的領導者，華為、阿里巴巴、聯想、英維克、高瀾股份、維諦技術、廣東合一、寧暢等緊隨其后。

整體來看，當前液冷行業仍處在發展早期，行業主要參與者分為三大類：
1.華為電氣-艾默生系的專業溫控廠商：最早從事精密空調研發設計，具備多年的產業洞察，對技術研發具備前瞻性，且形成平臺化的散熱布局，賦能多行業應用。
國內機房空調市場一超多強，維諦技術龍頭地位穩固。據ICTResearch數據，國內機房空調市場維諦技術市占率30%左右，佳力圖、艾特網能、依米康、華為和英維克各占10%左右。申菱環境、同飛股份等專業溫控廠商也均有相關技術儲備和布局。

艾默生系深耕多年，誕生出國內優秀的數字能源上市公司：

資料來源：wind, 國金證券

通信網絡設備的功耗與服務器上架率正相關，難以下降，因此降低制冷系統能耗是目前數據中心節能、提高能源利用效率的關鍵環節。

2.布局液冷技術的服務器廠商：冷卻技術由房間級向行級甚至服務器內部芯片級延伸，能夠參與液冷技術方案的服務器廠商，有望更快抓住算力升級的產業機遇，強化產品競爭力。
IDC發布的《2022年中國服務器市場跟蹤報告》顯示：浪潮穩坐頭部，第二名為新華三（紫光股份旗下），此外超聚變(原華為）和中興通訊份額提升明顯，當前頭部服務器廠商均有液冷技術布局。

2022年，浪潮將“All In液冷”納入公司發展戰略中當前AI大模型有望引領算力需求升級，帶動高功率密度的智算和超算中心建設，加速配套設施液冷系統導入市場。

浪潮“All In液冷”方案：
圖片

中科曙光子公司曙光數創是浸沒相變液冷領軍企業，冷板液冷數據中心基礎設施產品-C7000系列是國內首款量產的冷板液冷數據中心基礎設施產品及服務器冷板散熱套件。截止2022年，冷板產品已經迭代至第四代產品。22年IPO募集資金近2.3億元用于液冷數據中心產品升級及產業化研發項目。

工業富聯在今年4月第六屆數字中國建設峰會上，展出了其最新的2U液冷服務器，Tethys高性能高密度浸沒式模塊化服務器，基于第四代英特爾至強可擴展處理器設計的2U2N機構式服務器，采用獨創模塊化架構實現了靈活模塊布局。
圖片

3.提供包含芯片級散熱的完整解決方案的供應商：芯片作為服務器核心熱量源，隨著高算力、高性能、先進制程芯片功耗的提升，散熱方案向服務器內部芯片級升級，芯片級散熱由風冷系統向液冷升級。中石科技、雙鴻科技、健策精密、富信科技等廠商在該領域均有布局。

AI芯片的功耗比傳統的CPU芯片功耗大數倍，采用傳統的風冷方案越來越困難和不經濟；液冷方案可以用液體冷卻芯片，減少了換熱級數，可以100%實現自然冷卻，空調系統的能耗可以大幅降低。

未來芯片級液冷有望成為行業發展趨勢。散熱有望將從房間級、機柜級、服務器級向芯片級演進，通過散熱部件與芯片表面直接接觸實現更好的芯片散熱。

近年來，也有不少新“玩家”入局液冷產業鏈上下游各環節，包括光訊科技、飛龍股份、網宿科技、潤澤科技、烽火通信、銳新科技、科華數據等廠商。
在AI+應用廣泛落地的刺激下，TrendForce最新發布的預測，隨著AI服務器與AI芯片需求同步看漲，預計2023年AI服務器（包含搭載GPU、FPGA、ASIC等主芯片）出貨量將接近120萬臺，年增38.4%，而AI芯片2023年出貨量預計將增長46%。

TrendForce同步上修2022-2026年AI服務器出貨量年復合增長率至22%，預計占整體服務器出貨量比例將從2023年的9%進一步提升至15%。 當前我國數據中心主要以通用算力為主，隨著人工智能、邊緣計算需求的提升，超算、智算數據中心數量有望迎來高速發展。在AIGC、東數西算等帶動數據中心建設需求的趨勢下，液冷方案滲透率的提升有望帶動數據中心溫控市場的量價齊升。

丹佛斯簽約經銷商：信德邁科技（北京）有限公司
北京朝陽區望京SOHO-T1-C 座2115 室 郵編：100102