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液冷服务器全面爆发!数据中心关键趋势,龙头强者恒强

当前全球AI智算需求高速增长,高密、高算力等多样性算力基础设施持续发展,推动制冷新需求。同时,在“双碳”背景下,政府部门对数据中心PUE(电能利用效率)要求越来越高。

液冷服务器在技术、政策和需求的带动下迎来强劲的驱动力。

IDC数据显示2022年中国液冷服务器市场规模达72亿元,yoy +190%,未来5年CAGR有望达57%。#液冷##服务器##数据中心#

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液冷行业概览

液冷技术的出现,相较于风冷系统其从根本上改善了主设备的散热形式,更能满足高密机柜、芯片级精确制冷,具有更节能、更节地、噪声低等优点。

但当前液冷技术尚存在生态不完善、投资成本高等问题。各家产品形态各异,产品规范化程度较低,机柜与服务器深度耦合,尚无统一接口标准,难以标准化、规模化推广应用。

由于零部件精密度、材料工艺要求更高,因此液冷系统初期成本比风冷更高。

数据中心液冷原理图:

从液冷技术来看,主要细分为冷板式液冷、浸没式液冷和喷淋式液冷。

技术路线选择方面,冷板式液冷与单相浸没式液冷各有优劣,生态均需完善,两者演进均尚需时日,未来一定时间内将并存发展,为当前业内发展主流。

目前国内高密度的云数据中心以及智算中心主要以冷板式液冷为主,超算中心主要以浸没式液冷为主。

浸没式液冷是一种完全将服务器浸泡在冷却液中的散热技术,其中所有的发热元件热量直接传递给冷却液,通过冷却液循环流动或蒸发冷凝相变来进行散热。

浸没式液冷可以进一步分为单相浸没式液冷和相变浸没式液冷两种方式,其中单相浸没式液冷采用冷却液循环流动的方式进行散热,而相变浸没式液冷则通过冷却液的相变来实现散热,控制要求更高。

相较于冷板式和喷淋式,浸没式液冷是直接接触的制冷方式,更大程度利用液体的比热容特点,制冷效率更高。

未来,考虑到对服务器改变形态的大小以及综合成本等,在服务器热力密度为15-20KW阶段,冷板式液冷对于服务器的形态变化相对较小、冷却液环节占比较低,环保等方面有望优先采用。

随着数据中心算力需求的提升和降低PUE值政策的推进,浸没式液冷的渗透率有望不断提升。

液冷产业链

液冷产业生态尚不成熟,还需上下游协同推进。

目前业内还没有服务器与机柜的统一接口规范标准,由于机柜与服务器需要深度耦合,而各家服务器设备、冷却液、制冷管路、供配电等产品形态各异,不同厂家产品接口不同、不能互相兼容,势必限制竞争,影响产业的高质量发展,因此需要产业链上下游的协同推进。

液冷产业生态涉及产业链上中下游,包括上游的产品零部件提供商、中游的液冷服务器提供商及下游的算力使用者。

液冷产业链:

液冷市场格局

全球液冷市场方面,谷歌、微软、英特尔、IBM、HP等公司已经在液冷技术领域有所布局。

英伟达明确未来逐步切换液冷方案以适配HGX平台。

Supermicro推出适配英伟达HGXH100的液冷服务器方案。据Supermicro数据,使用液冷可以帮助IDC节省40%的电力。

Supermicro下一代AI服务器液冷方案:

液冷行业具有较高的进入壁垒,包括技术壁垒、人才壁垒和客户认证壁垒。

液冷数据中心基础设施产品的研发和制造涉及冷却技术、制冷系统设计及仿真技术、温湿度解耦控制算法等多项技术领域,要求企业具备成熟、深入的技术积累。

出于安全性、稳定性等考虑,企业客户在选择液冷数据中心基础设施供应商时通常需要进行严格的资质验证。另一方面,客户在与液冷数据中心基础设施供应商建立生产配套关系后,倾向于维持与现有技术供应商的合作,不会轻易更换主要供应商,因此先进入者具有先发优势。

国内市场中,部分企业经过多年的技术积累和沉淀,已经展现出较为明显的技术优势和市场先发优势,未来行业内有望形成龙头厂商占据主要市场份额的竞争格局。

据信通院《中国液冷数据中心发展白皮书》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、浪潮信息为市场的领导者,华为、阿里巴巴、联想、英维克、高澜股份、维谛技术、广东合一、宁畅等紧随其后。

IDC发布的《2022年中国服务器市场跟踪报告》显示:浪潮信息稳坐头部,第二名为新华三(紫光股份旗下),此外超聚变(原华为)和中兴通讯份额提升明显,当前头部服务器厂商包括中科曙光、工业富联等均有液冷技术布局。

2022年,浪潮将“All In液冷”纳入公司发展战略中,全栈布局液冷,实现服务器全产品线支撑液冷,并进一步升级液冷智算中心解决方案,实现数据中心PUE<1.1。目前,浪潮信息已拥有100多项液冷技术领域核心专利,并已参与制定数据中心液冷相关设计的技术标准和测试规范。

中科曙光子公司曙光数创是浸没相变液冷领军企业,冷板液冷数据中心基础设施产品-C7000系列是国内首款量产的冷板液冷数据中心基础设施产品及服务器冷板散热套件。截止2022年,冷板产品已经迭代至第四代产品。22年IPO募集资金近2.3亿元用于液冷数据中心产品升级及产业化研发项目。


工业富联在今年4月第六届数字中国建设峰会上,展出了其最新的2U液冷服务器,Tethys高性能高密度浸没式模块化服务器,基于第四代英特尔至强可扩展处理器设计的2U2N机构式服务器,采用独创模块化架构实现了灵活模块布局。

在2023年算力创新发展高峰论坛”上,中国移动、中国电信、中国联通三家基础电信运营企业,邀请液冷产业链的相关代表企业共同面向业界发布了《电信运营商液冷技术白皮书》。

白皮书中倡议产业各方凝聚共识、加强协作,在技术、产业、生态等方面攻坚克难,解决当前液冷技术和产品在接口规范标准不够完善、原创技术不够成熟、产业生态不够健全等系列问题。白皮书中还提到了未来三项重点工作:一是凝聚合力、加强合作。加强需求使用单位、生产企业、高校和研究单位的合作交流,建立协同发展机制,联合攻关、联合试点、联合推广。二是完善标准、推进生态,推进接口统一及标准化。三是示范验证、加快推广。打造若干个试点示范,加快测试验证,形成可复制、可推广的经验和做法,推动液冷产业成熟与规模应用。

在新一轮人工智能浪潮爆和算力紧缺的背景下,产业链上下游各环节服务器厂商、运营商以及上游的供应商加速协同合作,有望推进液冷产业更进一步发展。

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