液冷服务器爆发！数据中心核心环节，龙头强者恒强
近年来，国内数据中心建设加快推进。
据工信部《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》，预计到2023年底，全国数据中心机架规模年均增速保持在20%左右，2023年中国数据中心在用数量将超过800万架。
同时，算力提升促使数据中心功率密度提高，对制冷系统提高更高要求，传统的空气冷却散热系统已不能完全满足服务器散热需求。
之后，IDC冷却技术也发展出了冷冻水自然冷、直接/间接蒸发冷却方案等方案，但直接与服务器接触的冷媒仍然是空气。
较风冷技术，液冷技术具备多项优势。液冷散热将凭借低能耗、高散热效率、低噪音等优势有望取代风冷、成为主流。#液冷服务器#
在“双碳”背景下，数据中心要求越来越低的能耗水平。根据中国电子节能技术协会，液冷PUE低于传统风冷PUE至少50%，意味着众多数据中心的能耗能够至少减少50%，碳排放量也将减少50%。
根据Uptime Institute的调查数据，2021年全球大型数据中心平均PUE为1.57，其中采用传统风冷技术的数据中心PUE一般在1.8左右，而采用液冷技术的数据中心，无论项目的规模大小、所处的维度及气候区，几乎都可以将PUE 控制在1.1以内。
伴随国家双碳节能政策驱动，市场对液冷的需求将逐步提升。
主流液冷方式示例：
资料来源：《液冷技术在通信行业中的应用及相关建议》
据《液冷白皮书》，考虑到液冷对传统市场进行替代，包括风冷的机房空调市场、服务器市场以及数据中心基础设施（机柜、CDU、冷却塔等）市场，预计2025年，保守测算下中国液冷数据中心市场规模将达1283.2亿元，乐观测算下中国液冷数据中心市场规模将达1330.3亿元。
液冷行业概览
液冷技术，就是直接将液体冷却系统导入服务器内部散热，甚至把服务器等需要散热的设备直接放入冷却液中（矿物油或者氟化液等传输介质）。利用液体流动将数据中心IT 设备的内部元器件产生的热量传递到设备外，使IT设备的发热部件得到冷却，以保证IT设备在安全温度范围内运行的冷却方式。
由于液体比空气的比热容大得多，制冷效率远高于风冷散热，并且由于省去了风扇，也可达到降低噪音的效果。服务器也因此实现了高密度、低噪音、低传热温差、全年自然冷却的效果。
（根据《UPS应用》期刊）液冷服务器的CPU核温比风冷极限温度可低20~30°C，可靠性将大大提高。液冷服务器不用压缩机制冷，使得整个系统全年PUE值下降到1.2以下，同时服务器CPU可超频运行，计算性能可提高12%。
风冷与液冷原理示意图：
英特尔《绿色数据中心创新实践--冷板液冷系统设计参考》白皮书信息，采用风冷的数据中心通常可以解决12kW以内的机柜制冷，机柜功率超过15kw，相对于现有的风冷数据中心，已经到了空气对流散热能力的天花板，液冷技术作为一种散热能力更强的技术，可以支持更高的功率密度。
风冷和液冷服务器发展前景：
液冷可分为冷板式液冷、浸没式液冷、喷淋式液冷。
液冷技术分类总览：
就液冷方式而言，主要分为直接冷却与间接冷却，直接冷却以浸没式液冷为主，间接冷却以冷板式液冷为主。
其中，冷板式液冷成熟度高。
冷板式液冷是通过液冷板将发热器件的热量间接传递给封闭在循环管路中的冷却液体，系统主要由冷却塔、CDU、一次侧&二次侧液冷管路、冷却介质、液冷机柜组成。
冷板式液冷整体链路图：
资料来源：英特尔《冷板液冷系统设计参考》
芯片设备热量通过热传导传递到液冷板，工质在CDU 循环泵的驱动下进入冷板，之后在液冷板内通过强化对流换热吸收热量温度升高，高温工质通过CDU 换热器将热量传递到一次侧冷却液，温度降低；低温的工质再进入循环泵，一次侧冷却液最终通过冷却塔将热量排至大气环境中。
浸没式液冷技术是一种以液体作为传热介质，发热器件浸没于液体中，通过直接接触进行热交换的冷却技术。冷板式液冷则是通过铜、铝等导热性较好的金属构成的冷板散热器，将发热元器件的热量传导给散热器中的冷却液体，将热量带走的冷却方式。
浸没式液冷实现100%液体冷却，具有更优节能散热效果，在超算、高性能计算领域取得了广泛应用。
不同散热方式产热效率：
资料来源：《绿色高能效数据中心散热冷却技术研究现状及发展趋势》
根据赛迪顾问的预测，浸没式液冷通过室内室外两侧循环，冷却效率较高，适用于高密度数据中心机柜。
随着数据中心单机柜功率密度不断上升，预计浸没式液冷数据中心比重逐年增长，2025年有望达到40%以上。
液冷系统核心构成
液冷系统的核心为冷水机组和液冷板，其中冷水机组包括压缩机、冷凝器、节流器、蒸发器等部件，市面上冷水机组生产商包括英维克、同飞股份等；液冷板是将上游的铜和铝等原材料进行加工成相应的板材，液冷板的生产工艺分为钎焊、吹胀、压铸、冲压、搅拌摩擦焊等，市面上液冷板生产商包括银轮股份、三花智控、飞荣达、科创新源等。
冷却液是液冷技术的关键材料，氟碳化合物具有合适的介电常数、比热容、稳定性及安全性，是目前最为常见的和受欢迎的电子设备冷却液之一，预计随着算力提升，数据中心冷却液市场需求将快速提升。
目前电子氟化液主要由3M、索尔维等少数海外企业供应，国内企业处于加速追赶状态。受环保因素影响，3M宣布于2025前退出PFAS的生产，预计将为国内企业创造新的发展机遇。#服务器##ai#
数据中心液冷技术分类及产业链：
液冷行业发展历程
从液冷历史来看，海外厂商具有先发优势，中国厂商后来居上实现突围。
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。2009年，Intel英特尔推出了矿物油浸没散热系统。
2011年，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。
液冷方案优势明显，海外云计算巨头逐步采用液冷技术。
2018年，Google宣布将在其数据中心采用液冷技术，并表示今后其数据中心的降温方式将向液冷方向转变。微软、英特尔、IBM、HP等公司也已经在液冷技术领域布局。
2019年，国内中科曙光再下一城，实现了全球首创“刀片式浸没相变液冷技术”的大规模部署，将单机功率密度提升至160kW，其TC4600E-LP液冷刀片服务器液冷部分PUE低于1.1，全球领先。
目前中国厂商对液冷服务器技术的探索已不落后于海外企业，在大规模商业应用的经验上已经处于领先地位。从竞争格局来看，海外浸没式液冷市场的主要玩家有GRC（美国）、LiquidStack（美国）、Midas（美国）等；冷板式液冷市场主要玩家有CoolIT Systems（美国）、Asetek（丹麦）、Motivair（美国）等，目前主要厂商在液冷技术方面还处于实验或初步应用阶段，市场并未形成绝对龙头。
而以中科曙光为首的国内厂商已经积累了一定的商业化经验，据《中国液冷数据中心发展白皮书》在2020年对于中国液冷数据中心厂商竞争力的研究，基于产品营收、市占率、客户反馈等指标，中科曙光为市场的绝对领导者，华为、阿里巴巴、联想紧随其后，IBM中国位于可期待者位置。
2020年中国液冷数据中心厂商竞争力矩阵图：
根据《液冷白皮书》，预计到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，整体上规模有所下降。预计2025年能源行业液冷数据中心占比将达到10.5%，金融行业将达到8.5%，电信行业将达到6.5%，以政务为代表的其他业务将下降至2.5%。
随着散热要求的提高，液冷将成为未来数据中心主流的散热技术之一。
相较风冷方案，液冷方案初期capex投资有所提升，同时在AIGC、东数西算等带动IDC建设需求的趋势下，液冷方案渗透率的提升有望带动数据中心温控市场的量价齐升。
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