液冷市場步入快車道

胡楠

3月19日，在英偉達(dá)2024 GTC大會(huì)上，英偉達(dá)CEO黃仁勛發(fā)布了基于Blackwell架構(gòu)的B200以及超級(jí)芯片GB200，并再次引爆AI市場。值得一提的是，英偉達(dá)宣稱新芯片的算力能夠達(dá)到20 PetaFLOPS，但這一性能指標(biāo)是基于使用新推出的FP4精度，并采用液冷散熱方式下測試得出的。因此，想要發(fā)揮GB200的真正計(jì)算能力，液冷技術(shù)是必不可少的條件。

對此，國內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)表示，英偉達(dá)的選擇在業(yè)內(nèi)具有風(fēng)向標(biāo)意義，這次發(fā)布會(huì)將成為液冷發(fā)展的重要推動(dòng)力，液冷技術(shù)將加速替代風(fēng)冷成為市場主流。

液冷將成為主流

AI行業(yè)快速發(fā)展，GPU替代CPU成為未來數(shù)據(jù)中心建設(shè)的主要方向。不可否認(rèn)，前者在處理高密度數(shù)據(jù)方面優(yōu)于后者，但其缺陷也顯而易見，即GPU功耗顯著高于CPU，且呈現(xiàn)快速提升的態(tài)勢。

據(jù)開源證券研報(bào)，在后摩爾時(shí)代下，芯片制程技術(shù)發(fā)展趨緩，計(jì)算芯片多以提高核心數(shù)量的方式提高算力，這導(dǎo)致CPU、GPU的功耗不斷攀升。具體而言，從2017年Intel第一代鉑金至強(qiáng)處理器發(fā)布到2023年年底第五代處理器問世，芯片核心數(shù)量從早期的24顆提升至最多64顆，TDP從也150W提升至最高385W。

GPU TDP的提升更為明顯，最早應(yīng)用于人工智能計(jì)算的V100 Nvlink的TDP為300W，英偉達(dá)最新發(fā)布的GB200 TDP已經(jīng)超過1000W，這已經(jīng)超過風(fēng)冷散熱的上限800W。相比之下，液冷則憑借其優(yōu)秀的散熱能力滿足了高功耗芯片的散熱需求。

需要指出的是，不僅是單點(diǎn)散熱，機(jī)柜整體散熱方面也同樣接近風(fēng)冷散熱極限。根據(jù)Uptime Institute發(fā)布的《2022年全球數(shù)據(jù)中心調(diào)查報(bào)告》，AI的高速發(fā)展導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心機(jī)架功率提升，以英偉達(dá)DGX A100服務(wù)器為例，其額定功率為4KW，單機(jī)最大功率為6.5KW，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的42U高度的機(jī)柜大約可以放置5個(gè)5U高度的AI服務(wù)器，依次計(jì)算，單機(jī)柜總功率超過20KW，而采用傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱模式通?？梢越鉀Q12KW以內(nèi)的機(jī)柜制冷，無法滿足AI服務(wù)器機(jī)柜的散熱需求。

除了芯片功率的提升，國內(nèi)政策也將推動(dòng)液冷對風(fēng)冷技術(shù)的替代。據(jù)中國通信院數(shù)據(jù)，2022年，中國數(shù)據(jù)中心平均PUE為1.52。而且，據(jù)數(shù)據(jù)中心綠色能源技術(shù)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，2021年，全國數(shù)據(jù)中心平均PUE為1.49，不足5成的數(shù)據(jù)中心PUE在1.40以下，數(shù)據(jù)中心PUE處于較高水平。

在“雙碳”的宏觀形勢下，國家政策對數(shù)據(jù)中心PUE建設(shè)的要求越來越高，并先后出臺(tái)了一系列政策。例如，2021年11月，國家發(fā)改委等部門頒布《貫徹落實(shí)碳達(dá)峰中和目標(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》，要求到2025年新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心的PUE降到1.30以下，國家樞紐節(jié)點(diǎn)PUE進(jìn)一步降低到1.25以下。

根據(jù)賽迪股份統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)中心制冷耗電占比約為43%，僅次于IT設(shè)備自身能耗，液冷技術(shù)相較于傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱，可取代大部分空調(diào)系統(tǒng)、風(fēng)扇等高耗能設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能20%-30%。此外，除了制冷系統(tǒng)自身能耗降低外，采用液冷散熱技術(shù)還有利于進(jìn)一步降低芯片溫度，而芯片溫度降低則可帶來更高的可靠性和更低的能耗，形成一個(gè)正向循環(huán)。

不可否認(rèn)，相比于傳統(tǒng)風(fēng)冷，液冷的前期投入略高，但值得一提的是，液冷服務(wù)器運(yùn)營商可以通過降低運(yùn)行成本回收增量初始投資，以規(guī)模為10MW的液冷數(shù)據(jù)中心為例，預(yù)計(jì)2.2年可以回收因采用液冷技術(shù)而增加的基礎(chǔ)設(shè)備投資。

另外，根據(jù)賽迪顧問發(fā)布的《2023中國液冷應(yīng)用市場研究報(bào)告》，2022年，液冷數(shù)據(jù)中心1KW的建設(shè)散熱成本已接近6500元，同比下降54.20%，預(yù)計(jì)2023年有望降至5000元左右，與傳統(tǒng)風(fēng)冷的建設(shè)成本基本持平。

市場空間與產(chǎn)業(yè)鏈

目前，市場主要的液冷技術(shù)包括冷板式、沉浸式以及噴淋式液冷，與后兩者相比，冷板式發(fā)展較早，生態(tài)更完善，且兼具改造成本低與周期短等優(yōu)點(diǎn)，但其散熱能力略遜于沉浸式液冷。因此，冷板式液冷可作為傳統(tǒng)風(fēng)冷的平滑過渡，以便未來向沉浸式液冷轉(zhuǎn)變。

根據(jù)賽迪數(shù)據(jù)，中國液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模保守估計(jì)由2019年的260.90億元增至2025年的1283.20億元，其中冷板式數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模保守估計(jì)超過750億元，年均復(fù)合增長率為22%；沉浸式液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模保守估計(jì)可超過500億元，年均復(fù)合增長率為46%。而且，根據(jù)《電信運(yùn)營商液冷技術(shù)白皮書》，預(yù)計(jì)到2025年，國內(nèi)三大運(yùn)營商50%以上的數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目將采用液冷技術(shù)。

產(chǎn)業(yè)鏈方面，液冷產(chǎn)業(yè)鏈上游主要為零部件及液冷設(shè)備，包括快速接頭、分級(jí)液器、冷卻液等；中游主要為液冷服務(wù)器和液冷交換機(jī)等IT廠商；下游則是算力使用者和第三方IDC服務(wù)商。

國內(nèi)上游廠商主要有英維克、飛榮達(dá)、曙光數(shù)創(chuàng)、申菱環(huán)境等。其中，英維克是老牌的精密溫控節(jié)能解決方案和產(chǎn)品提供商，早在2022年，公司就與Intel等20家合作伙伴聯(lián)合發(fā)布《綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新實(shí)踐：冷板液冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考》白皮書。而且，2023年11月，公司還發(fā)布XSpace微模塊液冷方案，該方案可實(shí)現(xiàn)全年北方區(qū)域DPUE低于1.1，南方區(qū)域DPUE低于1.15。

更為重要的是，2022-2023年，英維克以第三名中標(biāo)中國移動(dòng)2023年冷凍水型機(jī)房專用空調(diào)產(chǎn)品集采，以第二名中標(biāo)中國電信2023年冷凍水型機(jī)房專用空調(diào)集采，并連續(xù)中標(biāo)東南亞大型數(shù)據(jù)中心液冷項(xiàng)目以及山西某數(shù)據(jù)中心間接蒸發(fā)冷卻設(shè)備項(xiàng)目等。

隨著這些重大項(xiàng)目陸續(xù)交付，英維克的業(yè)績也明顯增長。2023年前三季度，英維克的收入為20.72億元，同比增長39.51%；歸屬母公司股東凈利潤為2.10億元，同比增長79.91%，利潤增速創(chuàng)近五年新高。

在服務(wù)器散熱領(lǐng)域，飛榮達(dá)也是一家具有代表性的公司，其為客戶提供散熱及電磁屏蔽相關(guān)解決方案及產(chǎn)品，并針對服務(wù)器散熱需求，開發(fā)了單相冷液模組、兩相液冷模組及特種散熱器等產(chǎn)品。

2023年上半年，飛榮達(dá)數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器領(lǐng)域的客戶包括華為、中興、浪潮、新華三、超聚合等企業(yè)，公司熱管理材料及器件合計(jì)收入為7.04億元，占當(dāng)期總收入的比重為49.26%。

液冷產(chǎn)業(yè)鏈中游代表廠商主要有浪潮信息、新華三、中科曙光等，液冷技術(shù)壁壘并不高，其難點(diǎn)在于對整服務(wù)器進(jìn)行調(diào)整，因此服務(wù)器廠商在“風(fēng)冷轉(zhuǎn)液冷”過程中具有先天優(yōu)勢。

據(jù)IDC、Gartner發(fā)布的數(shù)據(jù)，2022年，浪潮信息在人工智能服務(wù)器市場占有率連續(xù)3年為全球第一，并連續(xù)六年保持中國第一。另外，2023年第一季度，浪潮信息服務(wù)器市場份額在中國市場同樣保持第一。

液冷業(yè)務(wù)方面，浪潮信息建立了全亞洲最大的液冷數(shù)據(jù)中心研發(fā)生產(chǎn)基地，具有強(qiáng)大的液冷數(shù)據(jù)中心交付能力。值得一提的是，公司與京東云聯(lián)合開發(fā)的“天樞”液冷機(jī)柜服務(wù)器，可以實(shí)現(xiàn)散熱效率提升50%、能耗降低40%以上，并已經(jīng)在京東云數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)規(guī)?；渴?。

而且，浪潮信息最新的全液冷機(jī)柜也實(shí)現(xiàn)了100%全液冷運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了真正意義的“去空調(diào)化”，在提高算力的同時(shí)，年平均PUE可降至1.10以下，單機(jī)柜每年可節(jié)省電費(fèi)21萬元，廣泛適用于新建液冷數(shù)據(jù)中心和老舊機(jī)房液冷改造。

作為市場份額略低的新華三，其在液冷領(lǐng)域也早有布局，并將液冷技術(shù)全面融入到全新的UniServer G6系列服務(wù)器中。而且，公司提供液冷數(shù)據(jù)中心全生命周期端到端的服務(wù)，以智能溫控最大程度上減少制冷、散熱關(guān)鍵環(huán)節(jié)的能耗，可讓數(shù)據(jù)中心的PUE降至1.1以下。

在Gartner發(fā)布的全球服務(wù)器市場指南《Market Guide for Servers》中，新華三憑借在多元算力、液冷技術(shù)等方面的能力優(yōu)勢，成功入圍Gartner全球服務(wù)器代表性廠商推薦名錄。