液冷數(shù)據(jù)中心專題研究

液冷數(shù)據(jù)中心專題研究1、思考一：什么是液冷數(shù)據(jù)中心？其重要性如何？1.1、政策背景：國(guó)家政策指導(dǎo)全國(guó)新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均PUE降到1.3以下、樞紐節(jié)點(diǎn)降到1.25以下全球主要國(guó)家承諾最晚于2050年完成碳中和計(jì)劃，數(shù)據(jù)中心綠色、低碳政策陸續(xù)出臺(tái)實(shí)施。政府間氣候變化委員會(huì)在2018年10月8日發(fā)布特別報(bào)告提出將全球變暖限制在1.5°C，需要在土地、能源、工業(yè)等方面加速轉(zhuǎn)型，到2050年左右達(dá)到

“凈零”排放。切實(shí)到各國(guó)的數(shù)據(jù)中心的低碳政策，美國(guó)政府通過(guò)DCOI數(shù)據(jù)中心優(yōu)化倡議等舉措，以整合和關(guān)閉數(shù)據(jù)中心、設(shè)定數(shù)據(jù)中心PUE及服務(wù)器使用率具體標(biāo)準(zhǔn)等方式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心PUE從平均2.0以上下降到近一半大型數(shù)據(jù)中心達(dá)到1.5甚至1.4以下。新加坡發(fā)布的綠色數(shù)據(jù)中心技術(shù)路線圖提出提高冷卻設(shè)備效率、IT設(shè)備溫濕度耐受能力、數(shù)據(jù)中心的資源調(diào)度和負(fù)荷分配集成優(yōu)化能力等建議。歐盟通過(guò)2020年歐盟數(shù)據(jù)中心能源效率行為準(zhǔn)則的最佳實(shí)踐指南和和歐洲數(shù)據(jù)中心能源效率現(xiàn)狀白皮書進(jìn)一步細(xì)化和規(guī)范了數(shù)據(jù)中心PUE、SUE、DCiE等綠色指標(biāo)。為推動(dòng)行業(yè)規(guī)范和快速發(fā)展，國(guó)家工信部等部門相繼發(fā)布數(shù)據(jù)中心指導(dǎo)政策。2021年11月，國(guó)家發(fā)改委聯(lián)合網(wǎng)信辦、工信部、能源局共同發(fā)布貫徹落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求推動(dòng)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(shí)施方案，指出堅(jiān)持集約化、綠色化、智能化建設(shè)，加快節(jié)能低碳技術(shù)的研發(fā)推廣，支持技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新。全國(guó)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(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步降到1.25以下，綠色低碳等級(jí)達(dá)到4A級(jí)以上。1.2、概念解析：液冷技術(shù)在散熱效率、適用功率等方面優(yōu)于風(fēng)冷，其中浸沒(méi)式液冷可將平均PUE降至1.2以下數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施是支撐數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行的各類系統(tǒng)的統(tǒng)稱，具體包括制冷、配電、機(jī)柜、布線、監(jiān)控等系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)中心的組成部分之一。數(shù)據(jù)中心是用于在網(wǎng)絡(luò)上傳遞、加速、展示、計(jì)算和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)信息的物理場(chǎng)所，主要應(yīng)用于對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算和儲(chǔ)存有較大需求的組織。一個(gè)完整的數(shù)據(jù)中心由IT設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施共同構(gòu)成。數(shù)據(jù)中心可根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架數(shù)量進(jìn)行劃分。工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、國(guó)土資源部等關(guān)于數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局的指導(dǎo)意見(jiàn)文件中，將數(shù)據(jù)中心劃分為超大型、大型、中小型三類。不同類型的數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模不同，對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施解決方案也不相同。數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施可按照不同制冷方式進(jìn)行劃分風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施和液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施。風(fēng)冷方式發(fā)展起步早，技術(shù)較為成熟，液冷方式是近幾年由于數(shù)據(jù)中心對(duì)散熱需求提升而出現(xiàn)的新方式，技術(shù)尚處于發(fā)展階段。液冷方式又分為冷板式液冷和浸沒(méi)式液冷兩種，其中浸沒(méi)式液冷方式可再細(xì)分為相變浸沒(méi)式液冷和非相變浸沒(méi)式液冷。冷板式液冷為間接接觸型，浸沒(méi)式液冷為直接接觸型。風(fēng)冷是以空氣作為冷媒，通過(guò)空氣與發(fā)熱部件接觸換熱實(shí)現(xiàn)散熱的冷卻方式。液冷是以液體作為冷媒的冷卻方式，利用液體將數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備內(nèi)部元器件產(chǎn)生的熱量傳遞到設(shè)備外，從而冷卻IT設(shè)備。其中，冷板式液冷是一種間接接觸型液冷，將冷板固定在散熱對(duì)象上，液體在冷板內(nèi)流動(dòng)將設(shè)備熱量傳遞帶走，實(shí)現(xiàn)散熱。浸沒(méi)式液冷是一種直接接觸型液冷，將服務(wù)器等有散熱需求的IT設(shè)備完全浸沒(méi)在冷卻液中，通過(guò)液體的循環(huán)流動(dòng)或相變進(jìn)行冷卻。浸沒(méi)式液冷可將數(shù)據(jù)中心PUE降低至1.2以下，優(yōu)于風(fēng)冷和冷板式液冷。對(duì)比不同制冷方式，浸沒(méi)式液冷冷卻液和發(fā)熱設(shè)備充分接觸，散熱效率更高，可將數(shù)據(jù)中心PUE降低至1.2以下，運(yùn)行更穩(wěn)定，同時(shí)由于沒(méi)有風(fēng)扇，噪音更低，符合國(guó)家發(fā)改委對(duì)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的政策指導(dǎo)目標(biāo)，是未來(lái)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展方向。兩相浸沒(méi)液冷的能耗低于單相浸沒(méi)液冷。數(shù)據(jù)中心浸沒(méi)式液冷技術(shù)的能耗主要由促使液體循環(huán)的泵和室外冷卻設(shè)備產(chǎn)生，根據(jù)冷卻液換熱過(guò)程中是否發(fā)生相變可分為單相浸沒(méi)式液冷與兩相浸沒(méi)式液冷。其中，兩相浸沒(méi)式的冷卻液循環(huán)是無(wú)源的，因此兩相浸沒(méi)液冷的能耗一般要低于單相浸沒(méi)液冷。由于浸沒(méi)式液冷的室外側(cè)通常是高溫水，其室外冷卻設(shè)備往往可以利用自然冷源且不受選址區(qū)域的限制，從而起到節(jié)能減排的目的。1.3、典型應(yīng)用：液冷技術(shù)商用條件逐漸成熟，國(guó)內(nèi)外實(shí)踐案例不斷增多隨著液冷相關(guān)技術(shù)日益成熟，國(guó)內(nèi)外已有多家企業(yè)開(kāi)始面向客戶提供針對(duì)不同散熱需求下的液冷技術(shù)解決方案，一些科技公司也將基于液冷技術(shù)的散熱系統(tǒng)部署于公司數(shù)據(jù)中心。阿里云作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的云服務(wù)提供商，是最早探索和實(shí)踐大規(guī)模液冷方案的科技公司之一。2020年1月，阿里云宣布向全社會(huì)開(kāi)放“浸沒(méi)液冷數(shù)據(jù)中心技術(shù)規(guī)范”，2020年9月，仁和數(shù)據(jù)中心開(kāi)服，采用服務(wù)器全浸沒(méi)液冷等多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)與建造，PUE低至1.09，相比傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心每年可節(jié)省3000萬(wàn)度電，該數(shù)據(jù)中心成為中國(guó)首座綠色等級(jí)達(dá)到5A級(jí)的液冷數(shù)據(jù)中心；2021年12月，阿里云發(fā)布磐久系列液冷一體機(jī)ImmersionDC1000，整體能耗可下降34.6%。中科曙光面向人工智能、大數(shù)據(jù)等多種應(yīng)用場(chǎng)景，推出硅立方液體相變冷卻計(jì)算機(jī)。硅立方液體相變冷卻計(jì)算機(jī)采用創(chuàng)新的浸沒(méi)液冷技術(shù)，PUE低至1.04，節(jié)能效果顯著。硅立方將服務(wù)器芯片、主板在內(nèi)的所有計(jì)算部件浸沒(méi)于液態(tài)冷媒中，將部件產(chǎn)生的熱量通過(guò)相變換熱的方式轉(zhuǎn)移出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了高效散熱。同時(shí)，硅立方一個(gè)機(jī)柜功率密度可達(dá)到160kW，是傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心的4-5倍，能效比提升了30%。馬來(lái)西亞氣象局?jǐn)?shù)據(jù)中心為更好地捕捉局部強(qiáng)對(duì)流天氣，滿足三維播報(bào)所增加的27倍算力需求，配置了聯(lián)想的冷板式液冷設(shè)備。在該系統(tǒng)中，水被送入服務(wù)器冷板，在組件周圍循環(huán)，然后吸收熱量離開(kāi)冷板，進(jìn)入冷源實(shí)現(xiàn)冷卻。據(jù)測(cè)算，馬來(lái)西亞氣象局應(yīng)用液冷系統(tǒng)后，散熱效果高達(dá)90%，有力地支持了氣象預(yù)測(cè)的精度提升。Facebook針對(duì)新加坡潮濕天氣打造了Facebook新加坡亞洲數(shù)據(jù)中心。該數(shù)據(jù)中心采用StatePointLiquidCooling液冷系統(tǒng)，用水來(lái)降低氣溫，可以節(jié)約最高20%的用水量。Facebook還計(jì)劃全部使用可持續(xù)能源來(lái)給整個(gè)數(shù)據(jù)中心供電。在浸沒(méi)式液冷解決方案的供給端，國(guó)內(nèi)外均有企業(yè)在積極布局。例如，總部位于美國(guó)的GreenRevolutionCooling主要提供數(shù)據(jù)中心單相浸沒(méi)式液冷解決方案，面向高性能計(jì)算、邊緣數(shù)據(jù)中心、區(qū)塊鏈和加密貨幣等場(chǎng)景提供具有完整冷卻和電力基礎(chǔ)設(shè)施的一站式模塊化數(shù)據(jù)中心；總部位于荷蘭的Asperitas采用自然對(duì)流驅(qū)動(dòng)的單相浸沒(méi)式液冷技術(shù)，其HPCzone系列產(chǎn)品可為各種高性能計(jì)算場(chǎng)景提供一站式解決方案。在國(guó)內(nèi)，浪潮信息于2018年推出了小型可移動(dòng)的浸沒(méi)式液冷超算TS4220LC；

中科曙光旗下的曙光數(shù)創(chuàng)推出了相變浸沒(méi)式液冷配套解決方案C8000，能夠?qū)UE值降到1.05以下。隨著邊緣算力需求的提升，液冷技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景將從云端擴(kuò)展到邊緣。終端算力需求的提升使得傳統(tǒng)云算力逐漸下沉到邊緣，邊緣計(jì)算服務(wù)器功率密度及散熱需求同步提升。為了降低數(shù)據(jù)中心制冷能耗，部分邊緣數(shù)據(jù)中心也開(kāi)始引入液冷邊緣服務(wù)器，以提升邊緣數(shù)據(jù)中心的能效水平。2、思考二：液冷數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)狀、規(guī)模和增長(zhǎng)邏輯如何？2.1、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：在中國(guó)高密度數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)擁有更高增速，2021年30kW以上規(guī)模增速達(dá)31%數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展依托于數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。數(shù)據(jù)中心發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。第一階段：第一代數(shù)據(jù)機(jī)房出現(xiàn)并發(fā)展，由于計(jì)算機(jī)以電子管和晶體管為主，體積大、散熱需求高，催生精密機(jī)房專業(yè)空調(diào)等專業(yè)設(shè)備的出現(xiàn)。第二階段：

集成電路迅速發(fā)展，進(jìn)入微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，數(shù)據(jù)機(jī)房形態(tài)向中小型發(fā)展。第三階段：

互聯(lián)網(wǎng)的興起，5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)和新應(yīng)用的快速發(fā)展催生數(shù)據(jù)處理和儲(chǔ)存的需求，數(shù)據(jù)機(jī)房逐漸向數(shù)據(jù)中心新形態(tài)演變。全球視角。2020年全球功率超過(guò)10kW/柜的機(jī)架占比達(dá)到近30%。全球計(jì)算機(jī)算力日益增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心功率密度相應(yīng)提升、平均機(jī)架功率也隨之不斷提升，根據(jù)UptimeInstituteIntelligence數(shù)據(jù)，2020年全球5-9kW/柜的機(jī)架占比最多，功率超過(guò)10kW/柜的機(jī)架占比達(dá)到近30%，單機(jī)架功率的提升與高密度服務(wù)器規(guī)模部署和應(yīng)用具備較強(qiáng)相關(guān)性。當(dāng)前，Intel、IBM、華為、浪潮、曙光等廠商陸續(xù)加速推進(jìn)高密度服務(wù)器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與市場(chǎng)布局。全球數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)以10%的CAGR穩(wěn)定增長(zhǎng)。全球數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模由2017年的465.5億美元逐步增長(zhǎng)至2021年的679.3億美元，市場(chǎng)增速保持在10%左右，據(jù)中國(guó)信通院預(yù)測(cè)，2022年全球規(guī)模有望接近750億美元。中國(guó)視角在中國(guó)高密度數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模擁有更高的增速，特別是30kW以上。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心建設(shè)進(jìn)入高峰期，新建數(shù)據(jù)中心數(shù)量快速增長(zhǎng)，功率密度逐年上升。根據(jù)2021-2022年度中國(guó)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品市場(chǎng)總報(bào)告，2021年單機(jī)柜功率在10kW以上的數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，增長(zhǎng)率超過(guò)10%，其中30kW以上的高密度數(shù)據(jù)中心增長(zhǎng)速度最快，達(dá)到31%。預(yù)計(jì)到2023年底全國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模CAGR約20%。從產(chǎn)業(yè)規(guī)模上來(lái)看，數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)。根據(jù)中國(guó)信通院的數(shù)據(jù)顯示，2021年，中國(guó)數(shù)據(jù)中心在用機(jī)架數(shù)量達(dá)到520萬(wàn)架，較2020年增加超過(guò)100萬(wàn)架。新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）指出，到2023年底，全國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模年均增速保持在20%左右，預(yù)計(jì)到2023年，中國(guó)數(shù)據(jù)中心在用數(shù)量超過(guò)800萬(wàn)架。數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)表明數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的整體規(guī)模不斷擴(kuò)大，同時(shí)反映數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。中國(guó)數(shù)據(jù)中心及其基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模保持較快增長(zhǎng)趨勢(shì)。根據(jù)中國(guó)信通院數(shù)據(jù)顯示，2021年中國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)1500億元，預(yù)計(jì)2022年中國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模突破1900億元人民幣，呈現(xiàn)較快的增長(zhǎng)趨勢(shì)。數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)業(yè)規(guī)模的增長(zhǎng)表明數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的市場(chǎng)規(guī)模也呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。根據(jù)賽迪顧問(wèn)數(shù)據(jù)，2019年中國(guó)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)161.9億元，預(yù)計(jì)到2025年達(dá)到461.2億元。2021年度全國(guó)數(shù)據(jù)中心平均PUE為1.49。近年來(lái)，中國(guó)數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展進(jìn)程日益加快，數(shù)據(jù)中心的能效水平不斷提高，電源使用效率持續(xù)降低。2021年度全國(guó)數(shù)據(jù)中心平均PUE為1.49，并且有相當(dāng)數(shù)量的數(shù)據(jù)中心PUE超過(guò)1.8甚至2.0（CDCC），和國(guó)家國(guó)家發(fā)展改革委等部關(guān)于嚴(yán)格能效約束推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳的若干意見(jiàn)要求的到2025年數(shù)據(jù)中心PUE<1.5的總體規(guī)劃已經(jīng)基本相當(dāng)。但是隨著超高密度數(shù)據(jù)中心的建設(shè)節(jié)奏加快，傳統(tǒng)風(fēng)冷已無(wú)法滿足高性價(jià)比、低PUE的需求，因此改進(jìn)數(shù)據(jù)中心制冷等基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)，提高制冷效率，減少制冷系統(tǒng)的能耗水平，成為未來(lái)發(fā)展方向。液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)接受度不斷提高。伴隨著液冷數(shù)據(jù)中心及其基礎(chǔ)設(shè)施的逐步大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，以及液冷技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不斷顯現(xiàn)和傳統(tǒng)觀念的改變，液冷數(shù)據(jù)中心的市場(chǎng)接受度將不斷提高，技術(shù)設(shè)施普及速度加快。液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)和性能不斷優(yōu)化。一方面，近幾年國(guó)家政策支持液冷先進(jìn)數(shù)據(jù)中心技術(shù)發(fā)展，各項(xiàng)文件鼓勵(lì)企業(yè)開(kāi)展新興數(shù)據(jù)中心預(yù)制化、液冷等設(shè)施層技術(shù)開(kāi)發(fā)，另一方面，液冷基礎(chǔ)設(shè)施將不斷向預(yù)制化、智能化、低碳化方向發(fā)展。2.2、下游市場(chǎng)：互聯(lián)網(wǎng)、金融和電信行業(yè)液冷應(yīng)用前景較好由于液冷技術(shù)具有高效制冷的特點(diǎn)，液冷數(shù)據(jù)中心及其基礎(chǔ)設(shè)施主要應(yīng)用于高性能計(jì)算機(jī)的領(lǐng)域，除了未公開(kāi)披露的部分高性能計(jì)算機(jī)項(xiàng)目，液冷技術(shù)目前應(yīng)用的行業(yè)主要有互聯(lián)網(wǎng)、金融、電信、能源、生物、醫(yī)療等。2019年液冷數(shù)據(jù)中心主要運(yùn)用在以超算為代表的應(yīng)用中。其中，互聯(lián)網(wǎng)、金融電信占比分別為20%、17%及15.5%。隨著互聯(lián)網(wǎng)、金融和電信行業(yè)業(yè)務(wù)量的快速增長(zhǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)中心液冷需求將會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。據(jù)賽迪顧問(wèn)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2025年互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)液冷數(shù)據(jù)中心占比達(dá)到24%，金融行業(yè)達(dá)到25%，電信行業(yè)達(dá)到23%。互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的電商、社交平臺(tái)、短視頻等領(lǐng)域龍頭企業(yè)較多，用戶群體大，業(yè)務(wù)體量大，數(shù)據(jù)中心算力需求大，單機(jī)柜密度可達(dá)到10kW甚至更高，是目前液冷數(shù)據(jù)中心的核心客戶。根據(jù)賽迪顧問(wèn)數(shù)據(jù)，2019年互聯(lián)網(wǎng)液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模為70.2億元，預(yù)計(jì)2025年市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)至319.3億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)28.72%。隨著金融行業(yè)信息系統(tǒng)的云化遷移和互聯(lián)網(wǎng)金融產(chǎn)品的普及，金融行業(yè)敏捷響應(yīng)、業(yè)務(wù)及時(shí)變更等需求增加，金融行業(yè)液冷數(shù)據(jù)中心算力需求進(jìn)一步提升。根據(jù)賽迪數(shù)據(jù)，2019年金融液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模為59.6億元，預(yù)計(jì)2025年市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)至332.6億元，2019-2025年CAGR達(dá)33.18%。電信行業(yè)緊抓綜合信息服務(wù)需求日益云化的趨勢(shì)，全面推進(jìn)“云改”，液冷數(shù)據(jù)中心需求量快速增長(zhǎng)。根據(jù)賽迪數(shù)據(jù)，2019年電信行業(yè)液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模為54.4億元，預(yù)計(jì)2025年市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)至306億元，2019-2025年CAGR達(dá)33.36%。2.3、產(chǎn)業(yè)邏輯：?jiǎn)螜C(jī)柜功率快速增加背景下，液冷是風(fēng)冷替代技術(shù)的代表，數(shù)據(jù)中心散熱“革命”勢(shì)在必行預(yù)計(jì)到2025年全球數(shù)據(jù)中心平均功率達(dá)到25kW。數(shù)據(jù)量的大規(guī)模增長(zhǎng)需要海量服務(wù)器以支撐大量的計(jì)算能力，受限于數(shù)據(jù)中心建設(shè)面積和環(huán)保規(guī)定，增加單機(jī)柜功率成為調(diào)和不斷增長(zhǎng)的算力需求和有限的數(shù)據(jù)中心承載能力的關(guān)鍵解決方案。據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)，快速增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)中心算力將推動(dòng)高功率單機(jī)柜快速普及，預(yù)計(jì)到2025年全球數(shù)據(jù)中心平均功率達(dá)到25kW。PUE=1.5的數(shù)據(jù)中心，27%來(lái)自制冷系統(tǒng)功耗。大量數(shù)據(jù)吞吐和運(yùn)算使得作為新興技術(shù)“大腦”的數(shù)據(jù)中心面臨巨大的能耗和散熱挑戰(zhàn)。一方面，服務(wù)器等IT設(shè)備的計(jì)算、存儲(chǔ)功耗龐大；另一方面，冷卻數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的功耗也在快速增長(zhǎng)。以一個(gè)PUE=1.5的數(shù)據(jù)中心為例，其中67%的電力消耗來(lái)自ICT設(shè)備功耗，27%來(lái)自制冷系統(tǒng)功耗，5%功耗由供配電損耗和1%由其他設(shè)備產(chǎn)生。液冷技術(shù)是風(fēng)冷替代技術(shù)的代表。隨著數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)量不斷增加，導(dǎo)致冷負(fù)荷密度提升，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)面臨散熱不足、能耗嚴(yán)重的問(wèn)題。針對(duì)傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的不足，業(yè)內(nèi)對(duì)空調(diào)技術(shù)模式進(jìn)行探索創(chuàng)新，通過(guò)一系列冷風(fēng)替代技術(shù)解決高能耗問(wèn)題，液冷技術(shù)則是其中代表。液冷方式可滿足2.7-30kW/機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心散熱需求。在數(shù)據(jù)中心制冷領(lǐng)域存在多種技術(shù)路徑的實(shí)現(xiàn)制冷目的，根據(jù)綠色數(shù)據(jù)中心白皮書指出的不同密度數(shù)據(jù)中心對(duì)應(yīng)的制冷方式，傳統(tǒng)的風(fēng)冷方式只能滿足2.7kW/機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心散熱需求，已經(jīng)無(wú)法完全滿足數(shù)據(jù)中心日益增長(zhǎng)的散熱需求，數(shù)據(jù)中心制冷領(lǐng)域的技術(shù)出現(xiàn)了革新。目前，液冷技術(shù)憑借著高穩(wěn)定性和高散熱效能逐漸體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，水冷/液冷方式可滿足2.7-30kW/機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心散熱需求，能夠解決超高熱流密度的散熱問(wèn)題。15kW/柜以上時(shí)，液冷技術(shù)更具經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。除風(fēng)冷技術(shù)和液冷技術(shù)之外，制冷設(shè)備節(jié)能技術(shù)還包括間接蒸發(fā)冷卻等。綜合應(yīng)用端而言，15kW/柜以上時(shí)風(fēng)冷技術(shù)成本上升，液冷技術(shù)顯露其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。作為液冷目前主流的冷板式液冷和浸沒(méi)式液冷，當(dāng)前主要用于高功率密度型業(yè)務(wù)如HPC(HighPerformanceComputing，高性能計(jì)算)和人工智能計(jì)算，通常單機(jī)柜功率超過(guò)20kW。當(dāng)前冷板式液冷主要應(yīng)用于一般高密度的數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，而浸沒(méi)式液冷目前主要集中應(yīng)用于超高密度數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。相比傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)，液冷技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：

（1）更高的能源利用率。由于液體具有較高的導(dǎo)熱率和比熱容，更夠更快地傳導(dǎo)以及更有效地吸收熱量，能夠保障CPU在一定范圍內(nèi)進(jìn)行超頻工作不會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱故障，有效提升服務(wù)器的適用效率和穩(wěn)定性。（2）更高的空間利用率。液冷數(shù)據(jù)中心省卻空調(diào)系統(tǒng)和相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，無(wú)需安裝冷熱通道封閉設(shè)施，更不需要架空地板，節(jié)省了大量的空間，從而能夠在單位空間布置更多的服務(wù)器，提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)算效率。因此液冷技術(shù)比傳統(tǒng)冷卻方式具有更高的空間利用率。（3）能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降噪。液冷技術(shù)去掉了風(fēng)冷基礎(chǔ)設(shè)施，只增加了循環(huán)泵，節(jié)省建設(shè)成本，液冷系統(tǒng)所使用的泵和冷卻液系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比噪聲更小。因此采用液冷技術(shù)更夠?yàn)閿?shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降噪。（4）無(wú)視海拔、地域的差異，同時(shí)余熱可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由于液體比熱容不受海拔和氣壓影響，可以保持較高的散熱效率，從而保證數(shù)據(jù)中心在高海拔的運(yùn)行效率和性能。余熱能夠以液體為載體，通過(guò)熱交換接入樓宇采暖系統(tǒng)和供水系統(tǒng)中，滿足附近居民的供暖、溫水供應(yīng)等需求，為數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造附加價(jià)值。隨著芯片技術(shù)與工藝的進(jìn)步，服務(wù)器計(jì)算能力增長(zhǎng)快速，但總體功耗也隨之提升。預(yù)計(jì)到2025年，數(shù)據(jù)中心的x86CPU芯片TDP提升至350W左右，ARMCPU芯片的TDP提升至600W左右，而用于人工智能計(jì)算的NPU/GPU芯片會(huì)提升到750W左右。同時(shí)期對(duì)應(yīng)的典型服務(wù)器(2U高度2路處理器)功率也持續(xù)演進(jìn)，x86CPU服務(wù)器會(huì)提升到725W左右，ARMCPU服務(wù)器提升至1000W左右，用于人工智能計(jì)算的NPU/GPU服務(wù)器會(huì)提升到1500W左右。基于這些預(yù)測(cè)，2025年主流機(jī)柜功率預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到12~15kW/柜，未來(lái)會(huì)繼續(xù)增加到25kW-50kW/柜，甚至更高（國(guó)家信息中心等“碳達(dá)峰、碳中和”背景下數(shù)據(jù)中心綠色高質(zhì)量發(fā)展研究報(bào)告（2022））。在此背景下，我們認(rèn)為數(shù)據(jù)中心散熱“革命”勢(shì)在必行。2.4、市場(chǎng)空間：預(yù)計(jì)2025年中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模達(dá)245億元預(yù)計(jì)2025年中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)245.3億元。近年來(lái)，隨著液冷數(shù)據(jù)中心技術(shù)設(shè)施商業(yè)化進(jìn)程加快，以及市場(chǎng)需求高漲，液冷數(shù)據(jù)中心及基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模將保持持續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)，中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)由2019年的260.9億元增長(zhǎng)至2025年的1283.2億元，中國(guó)液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)由2019年的64.7億元增長(zhǎng)至2025年的245.3億元。細(xì)分市場(chǎng)來(lái)看，預(yù)計(jì)浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施占比會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。2019年，冷板式液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施和浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施占比分別為82%、18%。冷板式液冷技術(shù)發(fā)展較早，目前冷板式液冷數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品在市場(chǎng)上占比較高，但浸沒(méi)式液冷是直接接觸的制冷方式，相較于冷板式液冷，更大程度上利用液體的比熱容特點(diǎn)，制冷效率更高，可以更有效降低數(shù)據(jù)中心PUE，未來(lái)浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施將會(huì)占據(jù)更多市場(chǎng)。據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)，2025年，浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施占比預(yù)期提升至41%。3、思考三：液冷數(shù)據(jù)中心的競(jìng)爭(zhēng)格局以及各個(gè)公司的業(yè)務(wù)情況如何？3.1、競(jìng)爭(zhēng)格局：國(guó)外尚未形成龍頭，國(guó)內(nèi)液冷廠商領(lǐng)跑技術(shù)前沿國(guó)外尚未形成龍頭廠商，國(guó)內(nèi)企業(yè)具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。液冷技術(shù)作為高新技術(shù)，覆蓋多學(xué)科、多領(lǐng)域，技術(shù)壁壘高，目前國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施廠商液冷技術(shù)普及率尚較低，掌握該技術(shù)的企業(yè)較少。國(guó)際市場(chǎng)中，主要廠商在液冷技術(shù)和產(chǎn)品方面還處于實(shí)驗(yàn)或初步應(yīng)用階段，市場(chǎng)中尚未形成較強(qiáng)龍頭，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局未定，且由于中國(guó)數(shù)據(jù)安全保護(hù)政策，國(guó)外廠商產(chǎn)品進(jìn)入中國(guó)較為困難。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，部分企業(yè)經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累和沉淀，已經(jīng)展現(xiàn)出較為明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，未來(lái)行業(yè)內(nèi)將會(huì)形成龍頭廠商占據(jù)主要市場(chǎng)份額的競(jìng)爭(zhēng)格局。在高密度數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，曙光數(shù)創(chuàng)是國(guó)內(nèi)最早實(shí)現(xiàn)冷板式液冷和浸沒(méi)相變液冷技術(shù)大規(guī)模商用化部署的公司之一，阿里巴巴目前也已實(shí)現(xiàn)浸沒(méi)單相液冷產(chǎn)品的部署；華為、浪潮目前實(shí)現(xiàn)商用的主要以冷板產(chǎn)品為主；廣東合一、中國(guó)長(zhǎng)城當(dāng)前以噴淋式液冷產(chǎn)品為主。3.2、曙光數(shù)創(chuàng)：浸沒(méi)相變液冷領(lǐng)軍企業(yè)，背靠國(guó)產(chǎn)算力龍頭中科曙光在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品方面，曙光數(shù)創(chuàng)自2011年即確立了冷板和浸沒(méi)兩個(gè)液冷技術(shù)路線，并相繼研發(fā)形成了冷板液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品-C7000系列和浸沒(méi)相變液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品-C8000系列。截至2022年7月31日，公司已取得91項(xiàng)專利和27項(xiàng)軟件著作權(quán)，其中發(fā)明專利31項(xiàng)。冷板液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品-C7000系列：國(guó)內(nèi)首款量產(chǎn)的冷板液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品及服務(wù)器冷板散熱套件，采用風(fēng)冷和液冷混合散熱模式-服務(wù)器主要熱源CPU利用液冷冷板進(jìn)行冷卻，其他熱源仍采用風(fēng)冷方式進(jìn)行冷卻，可使得數(shù)據(jù)中心PUE降至1.2以下，可以使得服務(wù)器滿載運(yùn)行CPU溫度不高于60℃，比風(fēng)冷降低約30℃。截止2022年，冷板產(chǎn)品已經(jīng)迭代至第四代產(chǎn)品。浸沒(méi)相變液冷數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品-C8000系列：公司于2019年首次實(shí)現(xiàn)C8000產(chǎn)品在國(guó)家級(jí)重大科研裝置大規(guī)模部署，意味著數(shù)據(jù)中心行業(yè)全浸式液體相變冷卻技術(shù)在全球范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模產(chǎn)品轉(zhuǎn)化和部署。該系列產(chǎn)品具有高密度換熱能力，最高可達(dá)到420kW；機(jī)柜最大設(shè)計(jì)功耗大于200kW，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心單機(jī)柜設(shè)計(jì)功耗；采用強(qiáng)化沸騰封裝的方式，換熱區(qū)域采用高密翅片來(lái)強(qiáng)化沸騰界面的沸騰換熱，最高可實(shí)現(xiàn)100W/c㎡以上的散熱密度。目前C8000系列產(chǎn)品應(yīng)用于多個(gè)國(guó)家重大科研裝置，累計(jì)建設(shè)規(guī)模超過(guò)200MW。浸沒(méi)式液冷產(chǎn)品業(yè)務(wù)規(guī)模逐年增長(zhǎng)，毛利率維持高位。從收入結(jié)構(gòu)來(lái)看，2019-2021年，公司C8000系列產(chǎn)品銷售規(guī)模呈上升趨勢(shì)，至2021年浸沒(méi)式液冷產(chǎn)品創(chuàng)收3.33億元，占總營(yíng)收的82%。自2020年以后，公司C8000全浸式液冷系統(tǒng)的毛利率始終維持在40%以上的較高水平。公司下游客戶主要為數(shù)據(jù)中心整體集成商和數(shù)據(jù)中心最終使用方，前兩大客戶信息并未披露。3.3、浪潮信息：發(fā)布全棧液冷產(chǎn)品，天池投產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了業(yè)界首次冷板式液冷整機(jī)柜大批量交付2022年，浪潮將“AllIn液冷”納入公司發(fā)展戰(zhàn)略中，全棧布局液冷，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器全產(chǎn)品線支撐液冷，并進(jìn)一步升級(jí)液冷智算中心解決方案，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心PUE<1.1。目前，浪潮信息已擁有100多項(xiàng)液冷技術(shù)領(lǐng)域核心專利，并已參與制定數(shù)據(jù)中心液冷相關(guān)設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試規(guī)范。2022年，浪潮信息發(fā)布全棧液冷產(chǎn)品，通用服務(wù)器、高密度服務(wù)器、整機(jī)柜服務(wù)器、AI服務(wù)器等四大系列均支持冷板式液冷，同時(shí)浪潮信息亞洲最大液冷數(shù)據(jù)中心研發(fā)生產(chǎn)基地-天池正式投產(chǎn)，年產(chǎn)能達(dá)到10萬(wàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界首次冷板式液冷整機(jī)柜的大批量交付，整體交付周期在5-7天之內(nèi)，助力數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展。浪潮信息液冷產(chǎn)品和解決方案已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)、金融、教科研等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如，浪潮信息與京東云聯(lián)合推出天樞（ORS3000S）液冷整機(jī)柜服務(wù)器，已經(jīng)在京東云數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)規(guī)?；渴穑瑸榫〇|618、雙十一、虎年央視春晚紅包互動(dòng)等提供了基礎(chǔ)算力保障，性能提升34%-56%，助力京東云數(shù)據(jù)中心降低PUE，實(shí)現(xiàn)低碳節(jié)能。3.4、華為：FusionServerPro布局冷板全液冷系統(tǒng)，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心高功耗密度服務(wù)器機(jī)柜部署場(chǎng)景2019年，華為發(fā)布FusionServerPro全液冷系統(tǒng)解決方案，該智能服務(wù)器使用冷板式液冷，是面向IT設(shè)備高密部署，減少TCO投入，綠色節(jié)能，并有效提升運(yùn)算效率的制冷解決方案，可以廣泛應(yīng)用于大學(xué)、公有云、企業(yè)等的計(jì)算業(yè)務(wù)。該方案采用密閉式全液冷機(jī)柜設(shè)計(jì)，全部的熱量均由液冷帶走，機(jī)房無(wú)需部署IT設(shè)備制冷空調(diào)。應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心高功耗密度服務(wù)器機(jī)柜部署場(chǎng)景時(shí)，全液冷系統(tǒng)可以獨(dú)立提供服務(wù)器在機(jī)房的散熱，單個(gè)機(jī)柜可以集成3個(gè)E9000，單個(gè)E9000最多支持16個(gè)2P液冷計(jì)算節(jié)點(diǎn)。單個(gè)機(jī)柜最大支持65KW散熱能力，解決采用傳統(tǒng)風(fēng)冷空調(diào)制冷部署困難的問(wèn)題。且全液冷系統(tǒng)最高支持32℃供水溫度，支持自然冷卻，冷卻PUE可最低至1.05，高能效屬性明顯。當(dāng)前，華為全液冷系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)品包括FusionServerProE9000融合架構(gòu)刀片服務(wù)器、華為FusionServerProX6000高密度服務(wù)器等。3.5、阿里云：推出業(yè)內(nèi)首款單相浸沒(méi)液冷解決方案，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新散熱技術(shù)與IT系統(tǒng)的完美融合2021年12月22日，阿里云在“第十六屆中國(guó)IDC產(chǎn)業(yè)年度大典”上正式向業(yè)界發(fā)布行業(yè)首款單相浸沒(méi)液冷解決方案—磐久ImmersionDC1000，將綠色液冷技術(shù)與極致算力平臺(tái)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施散熱能