2024液冷技术需求市场、技术优势、产业框架与相关标的分析报告（23页）.pdf

1、2 0 2 3 年深度行业分析研究报告9W8XbZaY8XbUfVaYbRaO9PoMnNsQqMlOqQsMfQmMsP7NoOuNxNsOoPMYnQtQ主要内容主要内容1.液冷：技术奇点，算力同行2.需求：成本测算，爆发在即3.例证：冷热耦合，系统壁垒4.产业框架与相关标的1.1 1.1 历史上，散热与算力同步演进历史上，散热与算力同步演进芯片技术的演进是散热需求的最核心驱动。从技术角度看，散热技术大致经历了风冷到液冷再到风冷的阶段，当前进一步向液冷演进，驱动力在于半导体技术变化和功率密度提升。阶段一：双极型晶体管主导，第一轮风冷到液冷的演进。上世纪80年代前芯片发热量增长较平缓，风冷可

2、以满足绝大多数场景的散热需求；此后发热量指数级增长，液冷发展深入到芯片级。阶段二：CMOS技术迭代下风冷重回主流。90年代后仙童实验室CMOS流行，芯片功耗与发热量下跌，散热技术重新回到了风冷阶段，液冷技术被搁置。阶段三：当前的算力与AIDC。异构、HPC、AI等需求，散热需求复杂化，液冷重回舞台。散热技术演化的背后，是芯片技术的不断迭代资料来源：液冷革命，申万宏源研究1.2 1.2 算力网络的产业框架，液冷不可或缺算力网络的产业框架，液冷不可或缺随着半导体制程接近物理极限，先进封装是延续摩尔定律的重要路径。除通过制程工艺缩小器件尺寸、研发新材料和电路结构来提升单位面积的晶体管数量外，改变封装

3、方式提升集成电路容纳性是重要方向。多芯片的2.5D、3D封装等在提升系统性能同时，架构堆叠+系统功率与热源密度提升的背景下，高效的散热方案是刚需。AMD 3D Chiplet提升集成度和性能资料来源：AMD，申万宏源研究台积电3D Fabric路线图，芯片热源密度提升资料来源：台积电 Hot chips会议资料，申万宏源研究1.2 1.2 算力网络的产业框架，液冷不可或缺算力网络的产业框架，液冷不可或缺AI训推重构算网架构，大模型参数量的增速显著大于GPU内存增速，华为与英伟达的方案演进均表明：高集成度+大内存+多GPU的系统更适配大模型训推。因此，为应对AIDC机柜的芯片密度显著提升，传统散

4、热向高效液冷演进是必然。资料来源：Nvidia，申万宏源研究GB200 NVL72的单机柜功率 120kW，如此高的功率密度，液冷几乎是必选。左侧英伟达H100集群热负载在350kW以上，而右侧1个GB200 NVL72机柜功率就可达120kWDGX H100的Scalable Unit功耗为358kW，算力密度是彼时最高，而传统风冷的散热能力已达瓶颈；若仅以降低机柜密度的方式加强风冷效率（下图），又显著增加占地、通信成本1.3 1.3 液冷应用的场景、技术均已成熟，路径明确液冷应用的场景、技术均已成熟，路径明确芯片层面，芯片的典型功耗超过300W时，需要使用液冷才能保证算力性能释放；整机层面

5、，AI服务器单柜功率10kW级增至数十kW以上，密度激增迫切需要液冷渗透；机房层面，IDC PUE从1.5以上降至1.2只能选择液冷（测算见第二部分）。资料来源：Vertiv，申万宏源研究机柜功率密度达到数十kW时，风冷系统会失去有效性，此时可采用液冷方法1.3 1.3 液冷应用的场景、技术均已成熟，路径明确液冷应用的场景、技术均已成熟，路径明确国内主流液冷方案，包括冷板式、浸没式、喷淋式三大类，冷板式较多应用。冷板式相变浸没单相浸没喷淋式示意图原理冷板贴近热源（xPU），利用冷板中的冷却液带走热量服务器完全浸没在冷却液中，冷却液蒸发冷凝相变带走热量服务器完全浸没在冷却液中，冷却液循环流动带走

6、热量冷却液从服务器顶部喷淋，对流换热降温特点硬件系统改造小，维护简单；（单相+相变）接头、密封件多，可靠性要求高散热能力强、功率密度高，静音；服务器刀片式，专用机柜，管理控制复杂散热能力强、功率密度高，静音；清理拆装难，较少运维经验静音，节省液体；运维复杂，排液补液复杂，密封结构生态IT、冷媒、管路、供配电等不统一；服务器多与机柜深度耦合定制化，光模块兼容待验证定制化，光模块兼容待验证冷媒国产化较少资料来源：电信运营商液冷技术白皮书，申万宏源研究华为Atlas 900 A2 PoD为例，机房采用二次换热Intel与浪潮信息等设计的全液冷服务器节点资料来源：华为技术文档，申万宏源研究资料来源：I