近日，解决散热压力、节能挑战必由之路的液冷温控，在三大运营商联合发布技术白皮书背景下，有望迎来产业发展提速。
面对散热压力和节能挑战液冷具备必要性
【资料图】
储能液冷系统基本组成包括：液冷板，液冷机组（加热器选配），液冷管路（包括温度传感器、阀门），高低压线束；冷却液（乙二醇水溶液）等。由于液体的比热容远高于气体，因此相比于常见的风冷技术，液冷可实现散热效率的极大提升。
根据冷却液与电池的接触方式，可分为直接液冷（如冷板式液冷）和间接液冷（如浸没式液冷）。其中冷板式液冷属于间接接触型液冷技术，通过装有冷却液的冷板与设备接触进行散热，该液冷技术发展较早且改造成本较低因而技术更成熟、生态更完善，目前属于液冷中应用最为广泛的技术之一。
另一种是直接接触型液冷技术，较为典型的是浸没式液冷，是指将发热器件浸泡在冷却液中，两者直接接触以协助器件散热，该技术可更大程度上利用液体比热容大的特点，进一步提升制冷效率。
数据来源：中国储能网
随着算力持续增加对芯片散热要求更高，液冷可以说是解决散热压力和节能挑战的必经之路。
算力的持续增加促进通讯设备性能不断提升，芯片功耗和热流密度也在持续攀升，产品每演进一代功率密度攀升30~50%。当代X86平台CPU最大功耗300~400W，业界最高芯片热流密度已超过120W/cm2；芯片功率密度的持续提升直接制约着芯片散热和可靠性，传统风冷散热能力越来越难以为继。
芯片功率密度的攀升同时带来整柜功率密度的增长，当前最大已超过30kW/机架；对机房制冷技术也提出了更高的挑战。液冷作为数据中心新兴制冷技术，被应用于解决高功率密度机柜散热需求。
同时近年来，在“双碳”政策下，数据中心PUE指标（数据中心总能耗/IT设备能耗）不断降低，多数地区要求电能利用效率不得超过1.25，并积极推动数据中心升级改造，更有例如北京地区，对超过规定PUE的数据中心电价进行加价。
在保证算力运转的前提下，只有通过降低数据中心辅助能源的消耗，才能达成节能目标下的PUE要求。由于制冷系统在典型数据中心能耗中占比达到24%以上，是数据中心辅助能源中占比最高的部分，因此，降低制冷系统能耗能够极大的促进PUE的降低。有数据显示，我国数据中心的电费占数据中心运维成本的60-70%。随着服务器的加速部署，如何进一步降低能耗，实现数据中心绿色发展，成为业界关注的焦点。
典型数据中心能耗占比资料来源：《中兴通讯液冷白皮书》
液冷技术能实现极佳节能效果，近年来行业内对机房制冷技术进行了持续的创新和探索中，间蒸/直蒸技术通过缩短制冷链路，减少过程能量损耗实现数据中心PUE降至1.15~1.35；液冷则利用液体的高导热、高传热特性，在进一步缩短传热路径的同时充分利用自然冷源，实现了PUE小于1.25的极佳节能效果。
数据中心制冷技术对应PUE范围资料来源：《中兴通讯液冷白皮书》
产业链多个环节都在加速
目前，数据中心产业链各环节都在加速布局液冷技术。
数据中心产业链主要由上游基础设施（其中包含芯片提供商、ICT设备商等）、中游IDC服务提供商、下游终端客户（其中包含互联网厂商、运营商及各行业客户），当前数据中心上中下游主体皆开始加速导入液冷解决方案。
首先是芯片厂商，后摩尔定律时代芯片算力与功耗同步大幅度提升，主流CPU、GPU厂商则选择加装冷却器、对接液冷系统，实现芯片的液冷散热。
其中CPU方面，Intel2023Q1发布的第四代至强处理器多款子产品热设计功耗达350W，传统风冷解决方案散热压力极大，2023年1月Intel至强发布会上表明，第四代至强处理器将会配置液冷散热方案。
GPU方面，2022年5月，英伟达宣布将在A100、H100系列产品中引入直接芯片（Directto Chip）液冷散热技术，A10080GBPCIe将在尾部安置接口，以对接液冷系统。根据Equinix与NVIDIA的测试结果，液冷NVIDIA A100PCle GPU一方面可以在空间相同的条件下，实现双倍计算量；另一方面，采用液冷技术的数据中心工作负载可以与风冷设施持平，但能源消耗量将减少28%。同时，根据NVIDIA估计，采用液冷GPU的数据中心PUE可以达到1.15，远低于风冷的1.6。
其次服务器厂商，也随着AI服务器需求量逐步提升，开始布局冷板式液冷技术及其他液冷解决方案。数据中心服务提供商中，IDC厂商布局高功率液冷机房，以应对快速增长的IDC机房单机柜功率密度及逐步严苛的PUE管控指标；
加上运营商、互联网厂商及政府项目等下游终端客户，也在加速液冷技术研发与应用，提升整体机房运营效率，加速温控行业从风冷到液冷的切换。
数据中心各环节液冷技术布局梳理资料来源：招商证券整理绘制
三大运营商联合规划国内进程提速
当前，国内液冷产业链发展依然面临较大的挑战。
首先是液冷产业链尚不成熟，当前业内尚无服务器统一接口标准，各厂商产品及配件设计标准各异。其次，为了形成客户壁垒，厂商以产品一体化的交付模式为主，导致各厂商的产品之间兼容性差。因此，在产品生态链紧密闭环的情况下，配件厂商难以与整机厂商竞争，加大了在产业发展早期就形成寡头竞争格局的可能性，进而阻碍了产业的整体发展。
此背景下，国内三大运营商共同发布电信运营商液冷技术白皮书对液冷产业发展具备较大的意义。
2023年6月5日，在第31届中国国际信息通信展览会“算力创新发展高峰论坛”上，中国移动、中国电信、中国联通三家电信运营商，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》分析了数据中心目前面临的形势和液冷技术发展现状，介绍了电信运营商液冷技术的实践和挑战，提出未来三年的愿景和具体技术路线，计划于2023年开展技术验证；2024年开展规模测试，新建数据中心项目10%规模试点应用液冷技术；2025年开展规模应用，50%以上数据中心应用液冷技术。
特别值得注意的是，《白皮书》中提出服务器与机柜解耦交付方式，有望实现多厂家适配，促进产业生态进一步成熟。针对冷板式液冷而言，当前有解耦交付及一体化交付两种模式，解耦交付即液冷机柜与液冷服务器之间遵循统一的规范实现解耦，可由不同厂商交付；一体化交付则是液冷整机柜由同一厂商一体化交付。《白皮书》指出，解耦交付更有利于实现多厂家适配，易于推广，能够实现灵活部署，降低TCO，液冷技术路线应采用解耦交付模式。
目前我国液冷产业链面临产业生态不完善，设计标准不统一，产品形态不一致，规模化进展难推进等一系列问题，三大运营商作为国家队，或许能通过全产业链规划推动我国液冷市场进入更成熟的发展状态。
冷板式液冷产品解耦交付与一体化交付比较资料来源：《电信运营商液冷技术白皮书》
未来，液冷市场规模将保持高速增长态势。
根据机构测算，预计2025年国内IDC液冷市场规模将达到132.8亿元，其中AI服务器液冷市场规模达100亿元、通用服务器液冷市场规模达32.8亿元；预计2028年国内IDC液冷市场规模将达到250亿元，其中AI服务器液冷市场规模达212亿元、通用服务器液冷市场规模达37.7亿元。
中国服务器液冷市场空间测算 资料来源：IDC、产业调研、招商证券整理测算
相关企业有哪些？
目前国内外数据中心基础设施厂商液冷技术普及率尚较低，掌握该技术的企业较少，市场中尚未形成较强龙头，市场竞争格局未定，且由于中国数据安全保护政策，国外厂商产品进入中国较为困难。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。
其中中科曙光是国内液冷先进计算的领导者，液冷技术研发经历“冷板式液冷技术”、“浸没式液冷技术”、“浸没相变液冷技术”三大发展阶段。公司于2011年开始液冷技术研究，2015年推出我国首款标准化的量产冷板式液冷服务器，2019年推动全球首个大规模浸没相变液冷项目的商业落地。
当前已形成冷板式液冷C7000系列、浸没式液冷C8000系列、TC4600E-LP冷板式液冷刀片服务器产品线，覆盖物理、化学、材料、生命科学、气象等基础研究领域及金融、动漫等多行业。
中兴通讯作为全球领先的综合性通信解决方案提供商，长期处于市场一线，根据自身技能专长，前瞻性布局了ICT液冷一体化解决方案。公司当前主要基于冷板式液冷技术，形成单板级、插箱级、机柜级、机房级四个不同维度的液冷技术线，主要覆盖IT液冷服务器设备、CT液冷路由交换设备、DC液冷数据中心机房的开发与交付。
根据公司官网信息，2023年1月，中兴通讯发布了5款全新的G5系列服务器产品，其中4款支持冷板式液冷解决方案，整机功耗相比于传统风冷服务器可降低80W，噪声降低15dB，PUE指标可达1.1。此外，中兴通讯其他3款产品（Intel Whitley平台与海光3号平台）也将提供冷板液冷散热方案，实现更大程度上的能耗降低。
紫光股份旗下的新华三是国内最早投入液冷技术研发的企业之一，目前在打造全栈液冷ICT产品解决方案，其将推动其液冷解决方案由传统硬件制冷向AI制冷模式演进。2023中国数据中心液冷技术峰会上，新华三智慧计算产品经理表示，未来新华三会进一步加强芯片级液冷、浸没式液冷技术的开发与利用，搭配液体散热、余热回收等技术，加速硬件制冷向AI制冷的转变，强化端到端数字化转型能力。
浪潮信息同样是全栈布局液冷。2022年初，浪潮信息将“Allin液冷”写入公司战略，开启公司全栈式液冷布局的新时期。
目前，公司已拥有300多项液冷技术领域核心专利，覆盖冷板式液冷、热管式液冷、浸没式液冷，技术储备充足，实现相变均温、微通道冷却、浸没式冷却等新型热传导技术在智算产品线的全面覆盖。公司已建成目前亚洲最大的液冷数据中心研发生产基地“天池”，可实现冷板式液冷整机柜的大批量交付，整体交付交付周期在5-7天，年产量可达10万台。
此外，还有英维克、高澜股份、同飞股份、申菱环境、佳力图、依米康、网宿科技、川润股份、银轮股份、飞龙股份等企业，在数据中心液冷解决方案有研发储备和一定进展。
