2024年数据中心行业液冷温控专题报告：智算中心的重要保障

液冷温控：智算中心的稳定器

温控对于保障高密度算力中心正常稳定运转有重要的意义。大多数服务器和网络设备的工作温度范围在5摄氏度至35摄氏度之间。为了确保设备的最佳运行状态和延长使用寿命，国际标准建议IDC机房的温度应控制在22摄氏度至24摄氏度之间。如果温度过高，设备容易过热导致损坏；如果温度过低，设备易产生冷凝水，导致短路和损坏。 智算中心（AIDC）中，液冷不可或缺。随着智算中心所采用芯片功耗的提升、单机柜功率密度的快速增长，传统风冷逐渐触及温控性能极限，液冷温控成为算力中心温控的必备技术。

温控技术的原理与路径

温控底层技术主要分为：风冷、冷冻水（间接蒸发冷）、液冷、相变材料、电子散热技术（导热材料散热、热管散热、均热板等）。 数据中心存量场景中以风冷为主，液冷技术的使用比例正不断提升。

液冷通用架构解析

液冷系统通用架构可拆解为机房侧和ICT设备侧两部分，机房侧可进一步分为一次侧和二次侧两部分，浸没式和冷板式液冷在机房侧架构基本相同，差异主要在ICT设备侧： 一次侧：包含冷却塔、一次侧管网、一次侧冷却液（通常为水）。室外侧为外部冷源，通常为室外的冷水机组、冷却塔或干冷器，热量转移主要通过水温的升降实现； 二次侧：包含CDU、液冷机柜、二次侧管网和二次侧冷却液。室内侧包括供液环路和服务器内部流道，主要通过冷却液温度的升降实现热量转移；两个部分通过 CDU中的板式换热器发生间壁式换热； ICT设备侧：浸没式采用Tank安装制冷工质，ICT设备浸于其中；冷板式主要采用冷板贴于核心热源（CPU、GPU、内存）等上方。制冷工质的选择：冷板式通常采用乙二醇/丙二醇溶液（基于防冻考虑）或去离子水；浸没式通常采用氟化液、矿物油（如硅油）等。

技术路线：冷板式应用占多数，浸没式方案亟待制冷工质革新

冷板式和浸没式液冷方式各有优劣： 冷板式：优点在于设备改造幅度较小，兼容度、初始投资/改造成本较低，推广更为容易；缺点在于散热效率低于浸没式液冷，150KW以上机柜散热存在压力； 浸没式：优点在于散热效率最高；缺点在于制冷工质成本高，且常用的制冷工质氟化液具有致癌/激素紊乱等毒性问题，同时改造和初始投资成本大，对机房基础设施有更高要求。 目前液冷方式以冷板式为主。冷板式液冷对于数据中心的改造难度较低，所需成本也较为可控，目前冷板式液冷的市场应用相对更加普及。根据IDC报告，按照服务器出货量口径统计，2023H1我国冷板式液冷服务器比例达到90%左右，浸没式液冷渗透率仅为10%。

冷板式

冷却液不直接接触电子器件。冷板式液冷技术通过冷板将发热元器件的热量间接传递给封闭在循环管路中的冷却液体，通冷却液体将热量带走。这种技术下，工作液体与电子器件不直接接触，而是通过液冷板等高效导热部件将被冷却对象的热量传递到冷却液中。 特点：冷板式液冷兼容性强、易于维护，但存在节能收益不显著、标准化难度大的问题。作为三种主流技术中成熟度最高的方案，冷板式液冷能够有效兼容现有硬件架构、易于开展维护设计，且由于液体和设备不直接接触，可靠性更高。但由于未实现100%液体冷却，因此存在机柜功耗低、液冷占比低时，节能收益不显著问题；且液冷板设计需要考虑现有设备的器件布局，结构设计和实现的难度较大，标准化推进难度大。

单相浸没式

单相浸没式液冷通常采用不导电冷却液，通过液-液热交换器交换热量。单相浸没式液冷系统中，IT设备所有的发热组件都完全浸没在循环的不导电的冷却液中，设备发出的热量直接传递给冷却液｡ 单相浸没式液冷的冷却液通常具有较高的沸点，冷却液吸热后并不会发生相变,始终维持在液态。 优势：冷却液价格相对更低,部署成本更低；冷却液无相变,无需担心冷却液蒸发溢出或人员吸入的健康风险,更有利于维护。

双相浸没式

冷却液在遇热的情况下由液态转化为气态，随后通过冷凝器恢复为液态。冷却液在循环散热过程中经历从液态到气态再回到液态的相变过程｡ IT设备完全浸没在装有低沸点冷却液的密闭罐体中，热量被冷却液吸收，冷却液吸热后温度升高，由液态相变为气态。蒸汽从液体中升起逃逸至液面上方，在液冷罐体内形成气相区，冷却液蒸汽与水冷冷凝器接触，热量被吸收后凝结成液体再次循环，而冷凝器中被加热的冷却水则通过循环冷却水系统完成排热。 优势：冷却液能够在受热时发生相变成为气态，能够更有效地利用相变潜热进行散热，从而提高散热效率。两相浸没式液冷的冷却液通常采用氟化液。

液冷驱动温控价值提升，国内市场空间近百亿

数据中心：温控成本占比超20%,，液冷有望进一步提升

数据中心基础设施建设成本中冷却系统成本占比约20%-25%。新建数据中心，包括设施运营中使用的必要基础设施和组件，通常可分为四个主要类别：1）土地和建筑外壳（15%-20%）：建筑外壳、活动地板；2）电气系统（40％-45％）：备用发电机、电池、配电装置（PDU）、不间断电源（UPS）、开关设备/变压器；3）HVAC/机械/冷却系统（20%-25%）：机房空调（CRAC）、机房空气处理器（CRAH）、风冷式冷水机组、冷冻水储存和管道；4）建筑装修（15%-20%）：大堂/入口、会见室 (MMR)、发货和接收区域。 对比风冷，液冷的单位造价进一步提升，目前风冷：冷板式液冷：浸没式液冷每kW成本的比例关系呈现逐步翻倍，因此液冷有望推动冷却环节的投资占比进一步提升。

机房侧核心部件：Manifold

Manifold 作为液冷系统的集流器，承担将冷却液体引入机架并传递到机架外侧的关键任务，直接影响整个液冷系统的热管理，确保冷却液体顺畅流动，高效吸收和带走系统中产生的热量。 Manifold从制造上，一般采用316不锈钢，并使用无缝焊接工艺，因此在液冷机柜中价值量较高。

机房侧核心部件：CDU

CDU指的是冷量分配单元，是液冷系统的一个关键组件，主要作用是隔离一次侧与二次侧回路，并在其内部提供一次侧与二次侧的热交换能力，分发和调节冷却液以有效地冷却计算设备或其他热源。 根据功率不同和放置位置差异，CDU可分为机架内CDU、列间CDU和平台式CDU。一般机架内、列间CDU对应功率散热功率在30-40kW；主流的平台式CDU散热功率可达200-300kW。 CDU内核心器件为水泵与换热板；同时CDU直接承担冷量分配的任务，其IT系统需具备对高功率机柜的及时响应能力，软件调度策略成为核心壁垒之一。

温控厂商受益趋势明确，电子散热加速国产替代

产业链竞争格局：产业初期行业标准未定，交付模式多样

由于液冷技术处于初期，产业标准未定，当前行业有多重交付模式：（1）以华为为代表的算力解决方案商做整包，液冷部分自己设计，找第三方温控公司整体采购或部分采购（2）以阿里为代表的互联网大厂，采购液冷服务器，服务器厂商集液冷设备一起交付（3）运营商分别招标液冷设备和服务器等，后续做整体集成。产业链上下游互相渗透，体现出竞争格局混乱的特征。

解耦交付大势所趋，标准化有助于行业成长

当前液冷交付模式包括一体化交付与解耦交付两种。解耦交付是液冷机柜与液冷服务器之间遵循用户统一制定的接口设计规范，机柜与服务器解耦，可由不同厂商交付。一体化交付是液冷整机柜（包括机柜和服务器）由厂商自定标准进行集成设计开发，整机柜由同一厂商一体化交付。

服务器与机柜解耦有利于促进行业标准形成，让更多厂商参与其中。一体化交付存在非原厂商机柜与服务器不适配、机房管理中各厂家难能以对接等问题。解耦交付可形成统一标准规范，便于后续机房的灵活部署，有助于温控厂商与服务器厂商协调合作，给客户更大的自由度选择不同服务器和机柜组合，而不受限于某一供应商。解耦交付能够实现机柜与服务器分别采购，从而促进行业竞争，降低下游采购成本。但目前技术尚不成熟，在运维管理中存在责任不清等问题。

温控商场竞争格局：系统级综合温控能力是关键

液冷系统集成复杂难度成倍提升，考虑到设备温控稳定性，系统级能力要求高。由风冷技术向液冷技术的转化过程中，系统集成复杂难度成倍提升，主要体现在：1）设计难度增大：需要同时融合传热、流体、材料等学科；2）供应商零部件差异明显：各个零部件的供应能力与匹配接口皆有差异，拉长系统开发时间，且无法达到系统最优；3）采购难度加大：供应链需要协调多个供应商同时交付，增加采购负担；4）后期运维难度显著提升：单一供应商不具有故障的系统解决能力。

因此综合前期设计、后期运维的系统级能力成为液冷时期的壁垒。温控的产品优势显现具有后验属性，产业初入者在初期可以实现系统的温控效果，但长期的运行稳定依赖材料的选择、CDU冷量分配软件的优化设计、后期运维能力等综合系统及能力。

零配件竞争格局：市场集中度高，以海外及台资企业为主

电子散热等零配件市场集中度高，以海外及台资企业为主。全球热管主要生产企业有 Honeywell、 Fujkura、双鸿科技、奇鋐科技等，国内厂商以中石科技、飞荣达为代表，英维克逐渐布局电子散热领域。在我国导管市场，台系厂商占据七成以上市场份额。2022年排名前三的企业占全球市场约50%的份额。国内厂商有望提高份额。随着液冷技术不断成熟，本土公司对于部分零配件的生产能力逐步增强，有望由外采改为自己设计制造模式，从而逐步参与到电子散热市场中，典型公司如英维克。同时，原先其它消费电子领域的公司，通过跨界，也参与到竞争中，在国产替代背景下，份额提升，如飞荣达。总体来看，本土供应商前景可期。

报告节选：

编辑：火腿肠