当前全球算力规模大幅增长，AI服务器需求急剧上升，加速数据中心向高密化趋势演进。高性能计算集群对于散热的要求提升，芯片散热效率成为关键问题。当前风冷散热已趋于能力天花板，传统的空气冷却散热系统已不能完全满足数据中心服务器散热需求。液冷散热凭借低能耗、高散热效率、低噪音等优势有望取代风冷成为解决算力“散热焦虑”的最佳方案。目前，全球高密集度、高供电密度的超大型数据中心已逐渐采用液冷技术。政策方面来看，在“双碳”背景下，国家发改委指导政策明确要求到2025年全国新建大型、超大型数据中心PUE低于1.3，国家枢纽节点低于1.25。液冷技术在经济性与散热效率两个角度均满足市场与政策指导需求，有望成为未来数据中心制冷技术的主要发展方向。根据国际数据公司（IDC）发布了最新的《中国半年度液冷服务器市场（2023全年）跟踪》报告数据显示，中国液冷服务器市场在2023年继续保持快速增长。2023全年中国液冷服务器市场规模达到15.5亿美元，与2022年相比增长52.6%，其中95%以上均采用冷板式液冷解决方案。IDC预计，2023-2028年，中国液冷服务器市场年复合增长率将达到45.8%，2028年市场规模将达到102亿美元。
01
数据中心冷却技术路线概览
数据中心冷却技术包含风冷冷却、水冷冷却、自然冷却及液冷冷却等技术。风冷数据中心和液冷数据中心是主流冷却技术，分别通过空气和液体的热传递来实现降温效果。曙光数创的数据显示，现存数据中心中采用风冷散热方式的数据中心占比高达90%以上，国内数据中心的液冷渗透率不足10%。风冷到冷板式散热的机柜功率密度临界点在15-20kW，冷板式到浸没式散热的临界点在60kW。当服务器功率密度普遍超过20kW时，将推动数据中心从风冷向液冷技术的转变。风冷数据中心的年平均PUE值约为1.75左右，无法达到政策规定的最低要求。采用液冷技术的数据中心，其PUE低至1.04，相比风冷数据中心能效比提升超30%，单机柜功率密度达160kW，计算设备可靠性至少提升一个数量级。PUE即电能利用效率，是数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源比值。PUE值越接近于1，表示一个数据中心的绿色化程度越高。相较于风冷技术，液冷技术节能效果更佳且安全性更高，未来有望在市场中占据更大份额。液冷服务器行业概览
液冷技术指通过冷却液体替代传统空气散热，液体与服务器高效热交换，提高效率，挖潜自然冷源，降低PUE，逐步成为一种新型制冷解决方案。冷板式液冷是服务器芯片等高发热元件的热量通过冷板间接传递给液体进行散热，低发热元件仍通过风冷散热的一种方式。冷板式液冷技术工艺成熟，其特点在于冷却液并不直接接触发热设备，而是通过冷板进行热量传输，通常无需改变数据中心的机柜结构。冷板系统主要由冷却塔、CDU、液冷管路、冷却介质和液冷机柜等组成，其中液冷机柜又包括液冷板、设备内液冷管路、流体连接器及分液器等关键部件。
浸没式液冷浸没式液冷是服务器完全浸入冷却液中，全部发热元件热量直接传递给冷却液，通过冷却液循环流动或蒸发冷凝相变进行散热的一种方式。浸没式液冷设备在结构上更为简洁，去除了压缩机等制冷部件，仅由冷却液和循环泵组成。根据冷却过程中是否发生相变，浸没式液冷可分为单相和两相两种。两相浸没式液冷系统能够提供更出色的冷却效果，且具有更高的传热系数和散热极限；但是设计具有挑战性，成本也相对昂贵，因此浸没式液冷的研发进展较为缓慢。浸没式液冷方式对技术要求较高，涉及服务器外壳设计、主板改造、散热系统升级和密封性等多重改造，主要由服务器厂商负责生产。整体来看，浸没式和冷板式液冷在机房侧的架构基本相同，主要差异在于ICT设备侧。从短期角度看，冷板式液冷因其成熟度高、运维难度低，非常适合当前数据中心从风冷到液冷的转型期。从长远发展来看，浸没式液冷在散热效率、单机柜功率和空间利用率上相较于冷板式液冷具有更明显的优势，可适配更高功率密度的机柜和数据中心。在超算、高性能计算领域，全浸没式液冷式服务器有望成为未来技术趋势。国内厂商技术路线方面来看，中科曙光、浪潮信息、中兴通讯、华为以冷板式液冷服务器为主；高澜股份、阿里巴巴、英维克以浸没式液冷服务器为主；中国长城、广东合一以喷淋式液冷服务器为主。
03液冷服务器产业链
当前液冷产业生态尚未完全成熟，目前业内还没有服务器与机柜的统一接口规范标准，由于机柜与服务器需要深度耦合，而各家服务器设备、冷却液、制冷管路、供配电等产品形态各异，不同厂家产品接口不同、不能互相兼容，势必限制竞争，影响产业的高质量发展，因此需要产业链上下游的协同推进。液冷产业包括上游的零部件供应商（由液冷系统一次侧和二次侧产品零部件的供应商组成）；中游则为液冷服务器、液冷交换机等IT设备的提供商；下游包括算力使用者和第三方IDC服务商。
资料来源：行行查以英伟达GB200 NVL72服务器为例，其液冷散热器是由冷却板、冷却液分配装置、分歧管、RDHx/风扇以及快接头等核心部件精巧构成。英伟达GB200 NVL72系统已采用液冷设计，其进水温度为25℃、出水温度为45℃，具备高效的散热性能。
资料来源：Gartner，英伟达国内大多数液冷设备及零部件市场存在众多生产厂家、竞争格局分散。液冷服务器接头主要布局厂商有英维克、中航光电等；核心CDU大多由中游温控厂商自主生产，其他非核心零部件多采取外购方式（科华数据、同飞股份等）；以氟化液为主的冷却液市场集中度相对较高，全球主要由3M主导，其销量占据全球份额的90%以上，国内厂商代表有巨化股份、新宙邦等；电磁阀（三花智控）、TANK、Manifold（高澜股份等）。下游环节互联网、电信、政府和教育行业是液冷服务器的主要采购方。阿里巴巴、百度和京东等互联网巨头已率先液冷技术方面积极布局，第三方IDC服务商包括数据港、世纪互联、宝信软件、光环新网等。AIGC的高速发展有望推动互联网企业加速液冷技术的规模化应用，从而进一步扩大液冷市场的空间。
04
液冷服务器市场竞争格局
当前液冷行业仍处在发展早期，行业主要参与者分为三大类：1. 布局液冷技术的服务器厂商；
2. 华为电气-艾默生系的专业温控厂商；
3. 提供包含芯片级散热的完整解决方案的供应商。液冷技术本身的壁垒并不高，但是算力液冷的难点在于对服务器的改造。由于服务器通常承载着客户的核心业务，因此对稳定性的要求非常高。全球液冷市场早期主要是由海外顶尖的芯片和服务器厂商参与。1964年，IBM公司研发出世界首款冷冻水冷却计算机System 360，开创了液冷计算机先河。2008年，IBM重回液冷，发布了液冷超级计算机Power 575。2011年，我国厂商中科曙光率先开始了服务器液冷技术的探索与研究，并于2013年完成了首台冷板式液冷服务器原理机和首台浸没式液冷原理验证。2015-2018年，中科曙光、华为、浪潮信息、联想、阿里巴巴等一众国产厂商先后实现了液冷服务器大规模商业应用项目的落地，实现弯道超车。2022年，浪潮信息发布全栈液冷产品，通用服务器、高密度服务器、整机柜服务器、AI服务器等四大系列均支持冷板式液冷，同时浪潮信息亚洲最大液冷数据中心研发生产基地-天池正式投产，年产能达到10万台，实现了业界首次冷板式液冷整机柜的大批量交付。IDC认为，目前国内液冷产业仍处于起步阶段。与国外相比，在液冷技术探索上已不存在较大差异，反而在大规模商业应用经验方面，国内相关产业链处于领先优势，这得益于中国庞大的数据市场。根据IDC的数据显示，2023年浪潮信息、超聚变和宁畅排名前三，总共占据国内液冷七成以上市场份额。
资料来源：IDC考虑到液冷服务器的机柜目前需要定制，且机柜与服务器需紧密绑定，国内部分领先的服务器厂商如中科曙光和浪潮信息已开始通过自研与代工相结合的方式布局液冷技术。随着市场空间的逐步开放，第三方厂商也加速进入这一市场。在温控解决方案领域，专业温控厂商已有多个项目成功落地。英维克、申菱环境和高澜股份是国内领先的液冷温控供应商；曙光数创是中科曙光旗下的温控厂商，主打浸没式液冷方案，并且主要为曙光系超算中心服务。在液冷领域有众多优秀厂商提供解决方案和相关产品。除上述厂商以外，国内主要布局厂商还包括飞荣达、科华数据、依米康、同飞股份、中兴通讯、紫光股份、润泽科技、奥飞数据、网宿科技、拓维信息和工业富联等，以及相关解决方案供应商双鸿科技、中石科技、健策精密等。
整体而言，当前液冷散热解决方案仍在加速推广过程中。
全球行业领军企业正在发挥主导作用。从英伟达的芯片发展历程可以看出，其功率在不断提升。相较于Hopper系列，Blackwell世代的芯片功率有了明显的增强。随着NVL系统出货占比的预期增长，将进一步推动散热技术向液冷方向的转变。随着人工智能、边缘计算需求的提升，超算、智算数据中心数量有望迎来高速发展，以及液冷技术的成熟和成本的降低，液冷方案渗透率有望加速迎来量价齐升。 
