证券研究报告 人工智能行业快速推动，液冷有望成为高成长性新赛道 ——液冷行业专题报告 强于大市（维持） 长城证券产业金融研究院 分析师 侯宾 执业证书编号： S1070522080001 时间：2023年7月17日 ◆ 核心观点 ◆ 液冷技术可有效降低功耗，冷板式液冷仍是行业主流技术。液冷技术主要包括冷板式液冷、浸没式液冷和喷淋式 液冷技术三种。根据工信部《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》的文件，到2023年底，新建大型 及以上数据中心PUE降低到1.3以下。液冷利用液体的高导热、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PUE小于1.25的极佳节能效果。根据赛迪顾问数据，2019年冷板式液冷产品和浸没式液冷产品在 市场上的占比分别为82%和18%，冷板式液冷仍是行业主流方案，浸没式液冷数据中心基础设施比例将逐步提升。 ◆ AI浪潮驱动液冷行业发展空间广阔：伴随着ChatGPT快速推广，进一步催生AI算力等大功率应用场景落地。数据中 心作为信息建设基础设施，将随着算力需求的快速增加而承担逐步提升的数据计算量。AI算力对数据中心的制冷 设备和技术提出了更高要求，传统风冷技术面对高热密度场景呈现瓶颈，液冷技术将以超高能效、超高热密度等 特点有效解决散热压力和节能挑战，成为行业发展新风口。 ◆ 推荐的标的：中兴通讯、浪潮信息、中科曙光、英维克、佳力图、科创新源、曙光数创、润泽科技、申菱环境。 ◆ 风险提示：算力需求不及预期风险；技术发展不及预期风险；行业竞争加剧风险；改建成本过高风险。 www.cgws.com 2 服务器冷却技术发展历程 www.cgws.com pOtQmMqRuMmPwOtNqPuNvN6MdN8OsQrRpNnOfQnNoRlOpOrO9PrQtNNZmOqMNZrNnP 液冷产业链解析  液冷行业产业链完整，上下游产品紧密相连。 根据中国证券报，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。上游代表厂商有英维克、3M、云酷、竞鼎、诺亚、广东合一、绿色云图等；中游代表 厂商有华为、中兴、浪潮、曙光、新华三、联想、超聚变、英特尔等；下游主要包括三家电信运营商，百度、 阿里巴巴、腾讯、京东等互联网企业以及信息化行业应用客户。 图 4：液冷产业链全景 上游 接头 CDU 中游 液冷服务器 下游 能源 电磁阀 冷却液 液冷集成设施 三大运营商 芯片厂商 交通 浸没液冷TANK maniflod 政府 模块 金融 机柜 互联网 数据来源：香港财华社、电信运营商液冷白皮书，长城证券产业金融研究院 www.cgws.com 4 国内外企业积极布局，服务器冷却技术持续发展 我国液冷技术起步稍晚于国外，但起步后发展迅速，后期与国外发展进程基本同步，并且在液冷规模试点应用 方面积累了丰富经验。根据《中国液冷数据中心发展白皮书》，2017年，华为推出FusionServer液冷解决方案； 2018年，阿里巴巴在其自建的张北数据中心部署浸没式液冷系统；2019年，中科曙光实现了全球首个“刀片式 浸没相变液冷技术”的大规模部署，其单机柜功率密度达160kW，TC4600E-LP液冷刀片服务器液冷部分PUE低于 1.1。 图1：服务器冷却系统发展历程 新型服务器冷却方式（液冷）发展 早期服务器冷却系统发展 中科曙光率先开始了 服务器液冷技术的探 索与研究，完成了首 台冷板式液冷服务器 原理机和首台浸没式 液冷原理验证 空调出现， 开始使用 机柜 19501970 年代 无空调、 自然通风 的冷却系 统 1980 年代 1990 年代 功率密度 提高，空 调冷却开 始失效 20082009 年 IBM发布液冷 超级计算机 Power575； Intel英特尔 推出矿物油浸 没散热系统 中科曙光大规模商业 应用项目落地；浪潮 发布以冷板液冷服务 器为核心的解决方案； 联想发布“海神”液 冷解决方案 中科曙光实现 了全球首个 “刀片式浸没 相变液冷技术” 的大规模部署 2019 年至 今 20102013 年 20142018 年 美国绿色革命冷 却技术公司GRC首 创为了容纳浸没 液体而水平放置 机架的设计 Google谷歌发布 TPU3.0pod，庞大 的算力消耗使得 谷歌加快其在液 冷的部署 微软昆西Azure 数据中心使用 相变浸没式液 冷；Meta采用 冷板式液冷支 持元宇宙业务 数据来源：多浦乐泵业TOPSFLO、中国液冷数据中心发展白皮书、电信运营商液冷技术白皮书，长城证券产业金融研究院 www.cgws.com www.cgws.com|5 服务器冷却技术分类  服务器的冷却方式分为风冷技术和液冷技术两种， 风冷技术使用空气作为冷媒，通过空气与发热部件接 触换热实现散热的冷却方式；而液冷技术则是以液体作为冷媒的冷却方式，利用液体将数据中心IT设备内部元器 件产生的热量传递到设备外，从而冷却IT设备。  针对液冷技术，按照液体与发热器件的接触方式,大致分为冷板式(间接接触)、喷淋式和全浸没式 (直接接触)。 冷板式是将液冷冷板固定在服务器的主要发热器件上,依靠流经冷板的液体将热量带走达到散热 目的；喷淋式液冷是在机箱顶部储液和开孔,让冷却液对发热体进行喷淋,达到设备冷却的目的；浸没式液冷是将 发热元件直接浸没在冷却液中,依靠液体的流动循环带走服务器等设备运行产生的热量。 图2：风冷直膨空调安装示意图 数据来源：山东科普，长城证券产业金融研究院 图3：阿里云液冷模块解决方案 数据来源：深圳国际数据中心液冷产业展览会，长城证券产业金融研究院 www.cgws.com 6 液冷技术与风冷技术之比较  针对不同的应用场景，液冷技术相对于风冷技术存在以下优劣势： 散热效率方面，液冷技术的散热效 率高于风冷技术，有利于将热量传递到设备外；适应环境方面，相比风冷散热，液冷散热技术可以适应多粉尘等 恶劣场景，有效避免充电模块故障率高和噪音大的问题；噪音方面，相比风冷散热，液冷散热技术没有风扇，噪 音更低；能源效率方面，液冷技术相比风冷技术能够更好地降低PUE值，从而达到节能减排的目的。 表2：不同液冷技术优劣势比较 表1：风冷技术、液冷技术优劣势比较 分类 风冷散热 液冷散热 优势 劣势 分类 防护等级低，难 以满足恶劣应用 成本低，经济性高； 要求；空气与模 发展时间久，技术成 块内部元器件直 接接触，模块故 熟。 障风险大；噪声 严重。 散热能力强，较风冷 模块低10-20℃；无 散热风扇，通过水泵 驱动冷却液散热，模 块自身零噪声；拥有 更高IP等级，适应恶 劣场景。 需要通过耐高温、 耐腐蚀、耐气候、 耐低温等测试； 安装成本较高。 优势 劣势 冷板式液冷 成本高，仅适合 散热均匀，可靠性高， 高性能计算和更 维护方便。 高规格的机房。 浸没式液冷 维护难度较大， 散热效果好，系统稳 要求机房水平大， 定，具备性价比优势。不利于管理和维 护。 喷淋式液冷 适应范围较窄， 不适合高密度服 散热快速，节能降耗， 务器和超大规模 操作便利。 数据中心，成本 较高 数据来源：UPS应用，长城证券产业金融研究院 www.cgws.com www.cgws.com|7 AI浪潮大力驱动，液冷行业发展市场广阔 www.cgws.com AI发展进入新时代，算力需求持续扩大  AI新阶段算力需求大幅提升：随着AIGC的不断发展，大模型所需要的参数和训练数据量和深度学 习时期相比，有了数量级的提升。奇异摩尔产品及解决方案副总裁祝俊东表示：以GPT-3为例， 1750亿的模型参数，45TB的训练数据集，是之前的10倍以上。算力需求的持续扩大需要相关硬件 的完善，从而加快数据中心的建设落地，而液冷设备作为数据中心的基础配套设施，其需求量会 随之提升。 图 5：大模型时代算力需求 数据来源：《COMPUTE TRENDS ACROSS ERAS OF MACHINE LEARNING》，长城证券产业金融研究院 www.cgws.com 9 AI服务器规模节节攀升  AI发展进入新时代，算力需求不断扩大带动服务器市场规模持续攀升。 今年以来，AI的发展迎来了一个小高潮，先是ChatGPT登陆苹果商店，成为了史上突破百万用户最快的应用程 序；之后谷歌、华为、百度、科大讯飞等纷纷推出自己的大语言模型；其次Apple Vision Pro的强势推出标志着 正式进入空间计算时代；而在刚刚过去的英伟达COMPUTEX 2023大会上，超级计算机GH200的全面量产又无 疑为AI的持续发展提供了强劲的硬件支持。 在新工业革命的背景下，大数据、算力、算法等快速迭代，正驱动人工智能进入新阶段，这也推动着AI架构不 断革新，得益于此，AI服务器规模不断扩大，集群数量不断增多。目前架构类型主要分为三种：中小型、中型 和大型，分别对应的集群规模是1000台、2000台、2000—18000台。据华经产业研究院统计，2020年全球AI服 务器市场规模为122亿美元，预计到2025年全球AI智能服务器市场将达到288亿美元，5年CAGR达到18.8%。 图 6：2020—2025年全球AI服务器行业市场规模 图 7：2018—2023中国AI服务器市场规模 市场规模（亿美元） 市场规模（亿美元） 80 250 70 60 200 50 150 40 30 100 20 50 10 0 0 2019 2020 2021 2022 数据来源：IDC、中商产业研究院，长城证券产业金融研究院 2023E 2018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 数据来源：华经产业研究院，长城证券产业金融研究院 www.cgws.com 10 AI服务器规模节节攀升  数据中心规模不断扩大带动服务器需求上升 服务器的应用场景和大数据中心密不可分，服务器是大数据中心的重要组成部分，据前瞻产业研究院测算。服 务器在数据中心建设中的占比高达69%。在高算力需求下，数据中心规模不断扩大，进而提高服务器的整体需 求。 图 8：数据中心各部分占比 安全设置, 9% 全球市场收入（亿美元） 光模块/光纤/ 网线等, 5% 增速 900 10.60% 800 10.40% 700 10.20% 10.00% 600 网络设 备, 11% 存储设备, 6% 图 9：全球数据中心市场规模 9.80% 500 9.60%