液冷技术正成为AIDC高功率密度趋势下的确定性方向。当单机柜功耗超过20kW时,风冷系统失去有效性,液冷成为必选项。2022年中国液冷数据中心市场规模达100.5亿元,同比增长47.2%,QYResearch预计2025年全球CDU市场达13.37亿美元。冷板式液冷凭借技术成熟率先应用,浸没式液冷散热效率更高、静待渗透率提升。国海证券全面分析液冷技术路径、市场空间、竞争格局及核心设备CDU的国产化进展。
单机柜功耗突破20kW阈值,液冷从可选项变为必选项
根据《数据中心高效绿色冷却技术》数据,风冷技术最大散热容量为30kW/机架,超大型数据中心功率密度可达100kW/机架。当单机柜功耗超过20kW时,风冷系统会失去有效性,需采用液冷方法。2022年我国数据中心能量消耗中43%用于散热冷却,冷却成本高、节能潜力大。液体导热能力是空气的25倍,同体积液体带走热量是同体积空气的近4000倍,液冷系统约比风冷系统节省电量30%-50%,噪音水平降低20-35dB。
液冷三种方案对比:冷板式先行,浸没式渗透率有望提升
冷板式液冷兼容度高、技术成熟、产业链齐全,可保持传统机柜方式部署,比传统风冷实现60-90%能耗降低,PUE可低至1.1-1.2,成为目前服务器内主要热源冷却方式,应用案例最多。浸没式液冷将发热器件完全浸没在冷却液中,散热能力最高、PUE最低(单相1.05-1.1,双相1.03-1.05),但初始成本较高、材料兼容性有挑战,目前以单相浸没为主。除CPU、GPU冷板液冷外,浪潮信息联手英特尔对内存提出枕木散热器方案、对硬盘提出热管冷板方案,解决热插拔和空间布局问题。
冷却液为浸没式方案最大瓶颈,国产绿色氟化液技术成熟
浸没式液冷将带电状态下的服务器完整浸没在冷却液中,冷却液必须是不导电的高稳定介电液体。氟化液综合热性能优秀,但价格昂贵且环保要求为其发展瓶颈。2022年3M公司比利时工厂因当地环境法规收紧无限期关闭,环保问题成为制约关键。与此同时,国产绿色环保电子氟化液技术逐渐成熟,曙光数创浸没液冷服务器中的电子氟化液已完成多项环保测试,ODP值为0、GWP值小于150,符合《蒙特利尔议定书》相关规定,有望凭借技术优势率先受益浸没式液冷发展。
CDU为液冷核心设备,国内温控企业积极布局
QYResearch数据显示,2024年全球数据中心CDU(冷量分配单元)市场规模约9.7亿美元,预计2025年达13.37亿美元,同比增长37%,2031年达37亿美元,2025-2031年CAGR为18.5%。CDU提供二次侧流量分配、压力控制、物理隔离和防凝露功能,集中式CDU通过多台集群实现N+M冗余、可靠性高。英维克Coolinside全链条液冷解决方案已通过英特尔测试验证,2024年液冷相关收入约3亿元;高澜股份产品覆盖液冷板、CDU、TANK等,PUE可控制在1.1以内;申菱环境2024年数据服务板块营收同比增长75%;同飞股份同时配备液冷和风冷产品,客户涵盖科华数据等。
| 指标 | 冷板式液冷 | 单相浸没式 | 双相浸没式 |
|---|---|---|---|
| 散热能力 | 中-高 | 高 | 最高 |
| PUE范围 | 1.1-1.2 | 1.05-1.1 | 1.03-1.05 |
| 可维护性 | 优秀 | 一般 | 一般 |
| 主要优点 | 兼容度高、技术成熟 | 高散热能力、静音 | 最高散热效率 |
| 主要局限 | 需风冷补偿、泄露问题 | 材料兼容性、承重要求高 | 系统密封性、成本高 |
| 应用场景 | 较大规模智算中心、旧数据中心改造 | 新建高密度数据中心 | 超大规模算力中心 |
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