液冷渗透率及产业进展如何？

数据中心“算力热”与“散热焦虑”，头部厂商引领液冷渗透率快速提升。

1.液冷具有综合 OPEX 优势，或加速在数据中心渗透

芯片 TDP 和机柜容量持续提升，传统风冷需要向液冷过渡。根据 S&P Global 数据，当TDP 达200-300W时，散热系统需要特殊的气流管理、更大的散热片以及更高的风扇体积和转速；当TDP 达350-400W时，风冷服务器散热逐渐接近极限，导热系数更高的液冷将成为必然选择。NVIDIA 新一代B100 功耗可能超过1000W，意味 AI 算力所需机柜功率更高，根据《2021-2022 年度中国数据中心基础设施产品市场总报告》和立鼎产业研究网数据，我国约 90%以上的机柜功率密度在 15kW 以下，但未来主流机柜功率预计会25kW-50kW/柜，甚至更高。而液冷技术以其低 PUE（冷板式液冷 PUE<1.2、浸没式液冷技术PUE<1.1，节能 20%-30%以上）、满足高密度部署（降低占地和建设成本）、服务器运行更加安全可靠（CPU温度低至65℃以下）、全年全地域适用等优势，有望解决能耗和散热发展瓶颈。

驱动液冷规模应用关键是 TCO（全生命周期成本），当下冷板式液冷综合OPEX 已经较风冷具备优势。根据 Supermicro 数据，以 H100 为例，冷板液冷建设费用较风冷方案高约 3 万美元；由于不需要风扇，液冷条件下 GPU 服务器功耗将从 7kW 降低至 6.3kW，则液冷、风冷单机柜芯片功耗分别为50.4kW和56kW，而液冷 PUE 可由风冷状态下的 1.5 将至 1.1，对应液冷、风冷单机柜总功耗分别为55.44kW和84kW；假设电价为 0.12 美元/kW，则数据中心运营 3 年后，液冷方案将节省超 6 万美元。

政府对 PUE 的监管要求不断提高，我国仍有较大下降空间。《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023 年）》提出，到 2023 年底，新建大型及以上数据中心 PUE 降低到1.3 以下，严寒寒冷地区力争降低到 1.25 以内。2022 年“东数西算”一体化大数据中心建设，明确要求集群内的数据中心PUE在东部地区要低于 1.25，在西部地区要低于 1.2，先进示范工程降低到 1.15。目前我国大部分数据中心能耗较高，根据华为《2024 年数据中心能源十大趋势白皮书》，截至 2022 年底，全国数据中心650 万架存量中，PUE>1.5的占比超 50%，仍有较大下降空间。 液冷是降低 PUE 的有效方式。根据《绿色节能液冷数据中心白皮书》及赛迪顾问，2019 年中国数据中心制冷耗电占比约 43%，位居第二，仅次于 IT 设备自身能耗占比（约为 45%）；而液冷可以取代大部分空调系统（压缩机）、风扇等高能耗设备，实现节能 20%-30%以上，以某液冷数据中心为例，液冷设备取代空调设备，耗能占比仅为 9%。根据《绿色数据中心白皮书 2019》，采用传统风冷的数据中心PUE平均在1.6左右，而冷板式液冷和浸没式液冷分别能将 PUE 降低到 1.3、1.2 以下。

液冷是数据中心基础设施投资重要组成部分，拉动数据中心热管理市场高速增长。根据SemiAnalysis数据，从 2023 年到 2026 年，全球数据中心资本支出（不包括服务器和网络等IT 设备）将从490亿美元增长至 1670 亿美元，3 年 CAGR 达 50.5%，其中，电力系统投资占比 40-45%，对应2026 年市场规模670-750亿美元，包括变压器、中压开关设备、发电机、不间断电源（UPS）、开关设备和配电；热管理系统投资占比 30%，对应 2026 年市场规模 500 亿美元，包括机房空调机组、机房空气处理器、冷水机组和冷却塔、冷却剂分配装置（CDU）等。

数据中心基础设施领域中，热管理市场具备快速增长的潜力。据 Dell'Oro Group 2024 年2 月的预期测算数据，预计 2028 年数据中心热管理市场规模(风冷+液冷)将达 120 亿美元，其中液冷规模将达35亿美元，占热管理总计支出的近 1/3，对比目前占比仅不到 1/10，具备广阔的市场空间。

2. 英伟达、华为、运营商等引领液冷产业快速发展

英伟达开启液冷 AI 算力时代。2024 年 3 月 19 日，英伟达在 GTC 大会发布了Blackwell 架构的B200芯片，它由两个紧密耦合的芯片组成，通过 10 TB/s NV-HBI 连接，包含 2080 亿晶体管，配备192GBHBM3E，存储带宽 8TB/s，在液冷配置下，芯片在满负荷运作时的热输出可以达到1200W，AI 算力可达20petaFLOPS(FP4)； GB200 超级芯片由 2 个 B200 GPU 与 Grace CPU 通过 900GB/s 的超低功耗NVLink 芯片间互连组成，在标准的 1750 亿参数 GPT-3 基准测试中，GB200 的性能是 H100 的 7 倍，提供的训练算力是H100的4 倍，总功耗可能达 2700W； DGX B200 配备 8 个与第五代 NVLink 互连的 Blackwell GPU ，训练性能是前几代产品的3倍，推理性能是前几代产品的 15 倍，可以处理各种工作负载，包括大型语言模型、推荐系统和聊天机器人；“新一代计算单元”GB200 NVL72 采用了液冷机架级解决方案，使成本和能耗降低25 倍，以机架级设计连接 36 个 GraceCPU 和 72 个 BlackwellGPU，拥有 72 个 GPUNVLink 域，可充当单个大型GPU，实时万亿参数 LLM 推理速度提高 30 倍。

华为昇腾 910 系列液冷版本性能提升明显，已实现 AI 计算中心全栈液冷交付。华为第四届全联接大会上发布了 Atlas900 超级计算机，由数千颗昇腾 910AI 处理器构成，总算力达到256P～1024PFLOPS@FP16，采用了混合液冷方案，实现了超过 95%的液冷占比，并具备极致的数据中心能源效率，大幅度降低能耗和碳排放。根据华为公布的 atlas800 训练服务器风冷和液冷配置对比，液冷版本AI 算力下限较风冷版本提升100%。此外，华为已实现了 AI 计算中心全栈式液冷预制模块化交付，单柜支持43KW，用电节省60%，AI 集群 PUE<1.15。

电信运营商高度重视液冷技术，有望积极推动液冷技术发展。《电信运营商液冷技术白皮书》指出了电信运营商在液冷方面的三年愿景，2023 年，以技术验证为主，储备规划、建设与维护等技术能力；2024年，开展规模测试，推进新建项目 10%试点液冷技术；2025 年，保证 50%以上项目规模应用，推进形成标准统一、生态完善、成本最优、规模应用的高质量发展格局。