在生成式AI浪潮的驅(qū)動(dòng)下，算力需求將持續(xù)攀升，進(jìn)而帶動(dòng)大型數(shù)據(jù)中心等算力基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模不斷擴(kuò)大。中國信通院預(yù)計(jì)，2024-2028年全球算力規(guī)模將以超過50%的速度增長，到2025年全球計(jì)算設(shè)備算力總規(guī)模將超過3 ZFlops，至 2030年將超過20 ZFlops。

　　不過，伴隨著數(shù)據(jù)中心算力需求的不斷提高，其高耗能性帶來的散熱問題也變得更加嚴(yán)峻。服務(wù)器在工作的過程中，其CPU、GPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)等器件會(huì)產(chǎn)生大量熱量，使得芯片工作溫度急劇攀升，進(jìn)而影響設(shè)備工作性能，甚至導(dǎo)致電子設(shè)備損壞。根據(jù)DeepTech數(shù)據(jù)，當(dāng)電子設(shè)備溫度過高時(shí)，工作性能會(huì)大幅度衰減，當(dāng)芯片的工作溫度靠近70-80℃ 時(shí)，溫度每升高2℃，芯片的性能會(huì)降低約10%，超過55%的電子設(shè)備失效形式都是溫度過高引起的。

　　出于維持設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行和降低能耗的原因，任何數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器設(shè)備都有必要配備高性能的散熱器件進(jìn)行降溫。因此，數(shù)據(jù)中心或服務(wù)器算力的提升除依賴CPU、GPU等核心器件不斷升級(jí)外，也有賴于散熱技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，AI大發(fā)展帶來的算力需求攀升，必將催生巨大的散熱產(chǎn)品需求。

　　目前，數(shù)據(jù)中心的散熱產(chǎn)品可以分為芯片級(jí)、服務(wù)器級(jí)、機(jī)柜級(jí)和機(jī)房級(jí)四個(gè)層級(jí)，四個(gè)層級(jí)的散熱器件或設(shè)備共同作用、相互配合才能起到最佳的整體散熱效果。

　　高算力需求拉動(dòng)AI服務(wù)器放量，芯片級(jí)散熱高增長可期

　　芯片級(jí)散熱是通過直接在芯片或處理器表面移除熱量來優(yōu)化設(shè)備性能并延長使用壽命的一種散熱方式。根據(jù)《數(shù)據(jù)中心服務(wù)器功耗模型研究進(jìn)展》，通用服務(wù)器內(nèi)CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)等器件功耗占比分為32%、14%和5%。但隨著AI服務(wù)器的出現(xiàn)，CPU就成了服務(wù)器的散熱“大戶”。和傳統(tǒng)服務(wù)器不同，AI服務(wù)器采用“CPU+GPU”異構(gòu)結(jié)構(gòu)，其迅速增長的訓(xùn)練推理算力需求帶動(dòng)AI芯片的單卡算力大幅提升，如英偉達(dá)H100 GPU功耗高達(dá)700W，最新推出的B200 GPU功耗更是達(dá)到1000W，遠(yuǎn)超CPU功耗。據(jù)公開資料，AI服務(wù)器作為人工智能發(fā)展的重要算力底座，CPU和GPU的整體功耗在AI服務(wù)器總功耗中占比達(dá)到80%左右，其中GPU功耗占服務(wù)器總功耗比重在55%左右。

　　隨著服務(wù)器芯片功耗的不斷提升，服務(wù)器芯片級(jí)散熱產(chǎn)品也在持續(xù)進(jìn)化，從早期的一維熱管的線式均溫發(fā)展到二維V C的平面均溫，又逐步進(jìn)化到3 DVC的三維散熱技術(shù)。直到近年，隨著AI服務(wù)器采用的GPU的功耗大幅提升，風(fēng)冷技術(shù)逐漸達(dá)到散熱能力瓶頸，冷板式液冷開始替代風(fēng)冷成為服務(wù)器芯片級(jí)散熱產(chǎn)品主流。

　　其中，熱管散熱通過內(nèi)部工作流體的相變過程快速地將熱量從一端傳遞到另一端， 主要用于大功率芯片及散熱空間小的產(chǎn)品，如服務(wù)器、筆記本、 游戲機(jī)、 VR/AR、通信設(shè)備等場景;VC均溫板的散熱原理與熱管類似，但它打破熱管的一維散熱模式，形狀則不受限制，可以根據(jù)芯片的布局設(shè)計(jì)任意形狀，甚至可以兼容處于不同高度的多個(gè)熱源的散熱，是一種比熱管更先進(jìn)、更高效的導(dǎo)熱元件;3D VC則是利用熱管與均溫板蒸汽腔體貫通的散熱技術(shù)，它是把熱量傳遞至二次組裝的多根熱管/均溫板，通過三維結(jié)構(gòu)連通下，內(nèi)部液體相變、熱擴(kuò)散，直接、高效地將芯片熱量傳遞至齒片遠(yuǎn)端散熱，可滿足大功率器件解熱、 高熱流密度區(qū)域均溫的瓶頸需求。

　　在業(yè)內(nèi)，熱管、VC、3DVC可結(jié)合風(fēng)扇組合使用，均被歸屬為風(fēng)冷散熱范疇，英偉達(dá)的DGX A100服務(wù)器采取的就是風(fēng)扇+3D VC的風(fēng)冷散熱方式。不過，由于熱管/VC等產(chǎn)品散熱范圍有限，已逐漸退出主流服務(wù)器散熱產(chǎn)品行列。 3D VC雖然散熱性能大幅提升，但為在服務(wù)器芯片功耗持續(xù)增加的情況下，也只能作為風(fēng)冷向液冷發(fā)展的過渡產(chǎn)品，冷板式液冷才是服務(wù)器芯片級(jí)散熱的未來。

　　冷板式液冷是一種基于微流控技術(shù)的液冷系統(tǒng)，它通過在散熱器表面形成一層微型通道，將液體通過管道噴射到散熱器表面，然后通過蒸發(fā)和凝結(jié)來吸收和散發(fā)熱量，優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)高效的熱傳遞和精準(zhǔn)的溫度控制，適用于需要高精度冷卻的高性能計(jì)算、服務(wù)器等高功率領(lǐng)域。由于冷板式液冷的冷卻液不與服務(wù)器元器件直接接觸，又之為間接液冷。

　　依據(jù)冷卻液在冷板中是否發(fā)生相變，冷板式液冷可分為單相冷板式液冷及兩相冷板式液冷。其中，單相冷板式液冷采用泵驅(qū)動(dòng)冷卻液流過芯片背部的冷板通道，冷卻液在通道內(nèi)通過板壁與芯片進(jìn)行換熱帶走芯片的熱量，換熱后的冷卻液在換熱模塊中散熱冷卻，冷卻液不發(fā)生相變; 兩相冷板式液冷利用液泵驅(qū)動(dòng)冷卻液進(jìn)入冷板，吸熱后蒸發(fā)成氣態(tài)，然后通過冷凝系統(tǒng)捕獲該氣體，冷凝系統(tǒng)再將氣體冷凝為液體，由于兩相冷卻液可以產(chǎn)生液態(tài)和氣態(tài)兩種狀態(tài)，因此稱為兩相冷板式液冷。

　　相比熱管、VC、3DVC等風(fēng)冷技術(shù)，冷板式液冷在熱傳遞性、可靠性、功率密度等方面更具優(yōu)勢，具備更高的散熱效率，散熱范圍的上限可超過1000W。不僅如此，與風(fēng)冷相比，冷板式液冷雖然初期建設(shè)成本目前更高，但其擁有更低的P U E，全液冷相較風(fēng)冷節(jié)能高達(dá)90%以上，用電成本更低;此外，冷板式液冷還具備更低的改造成本。長期來看，冷板式液冷具備更高的長期經(jīng)濟(jì)效益。

　　正是由于液冷相比風(fēng)冷優(yōu)勢顯著，英偉達(dá)最新一代GPU B200就采用液冷散熱技術(shù)取代了以往的風(fēng)冷散熱方案。英偉達(dá)創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛認(rèn)為，液冷技術(shù)將為未來發(fā)展趨勢，并有望引領(lǐng)整個(gè)散熱市場進(jìn)行變革，從B200開始，英偉達(dá)以后所有產(chǎn)品都將采用液冷散熱技術(shù)。在英偉達(dá)這個(gè)龍頭帶動(dòng)的作用下，相信冷板式液冷在服務(wù)器芯片級(jí)散熱領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。

　　隨著AI大模型加速發(fā)展，AI服務(wù)器的市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，必然帶動(dòng)服務(wù)器芯片出貨量強(qiáng)勁增長。據(jù)Precedence預(yù)測，2026年全球AI芯片市場規(guī)模477億美元，2024-2026年的年復(fù)合增長率為29.72%。分析認(rèn)為，AI服務(wù)器及芯片市場規(guī)模擴(kuò)大， 且芯片功耗增長提高散熱要求，芯片級(jí)散熱市場規(guī)模增速有望持續(xù)提升，而冷板液冷作為服務(wù)器芯片級(jí)散熱的未來方向，市場高增長可期。

　　服務(wù)器、機(jī)柜、機(jī)房級(jí)散熱需求同步增長

　　除芯片級(jí)散熱外，數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)還包含服務(wù)器級(jí)、機(jī)柜級(jí)和機(jī)房級(jí)三個(gè)層級(jí)的散熱，四個(gè)層級(jí)的散熱器件或設(shè)備共同作用、相互配合，共同構(gòu)成完善的數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)。在生成式AI拉動(dòng)算力需求持續(xù)攀升的背景下，服務(wù)器級(jí)、機(jī)柜級(jí)和機(jī)房級(jí)散熱需求將同步增長。

　　圖：數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)框架

　　圖片來源：國海證券研報(bào)

　　服務(wù)器層級(jí)的散熱也包含風(fēng)冷散熱與液冷散熱兩種。其中服務(wù)器層級(jí)的風(fēng)冷散熱主要采用風(fēng)扇+熱管/VC/3D VC相結(jié)合的散熱方案，其主要特點(diǎn)是簡單、 成熟和成本相對(duì)較低，通常用于功率密度較低的數(shù)據(jù)中心環(huán)境。 然而，隨著服務(wù)器功率密度的增加和對(duì)能效要求的提高，風(fēng)冷系統(tǒng)的局限性開始顯現(xiàn)，因?yàn)樵诟吖β拭芏拳h(huán)境下，空氣的熱傳導(dǎo)性能可能不足以高效地散熱，導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低和運(yùn)營成本增加。

　　服務(wù)器層級(jí)的液冷散熱可分為冷板式液冷散熱和浸沒式液冷散熱。冷板式的服務(wù)器一般是風(fēng)冷和液冷組合，通過冷媒流通冷板帶走約50%-80%的熱量，剩余熱量由風(fēng)冷帶走。目前，冷板式液冷服務(wù)器平均價(jià)格或高于風(fēng)冷服務(wù)器，但隨著其滲透率提升，服務(wù)器廠商有望實(shí)現(xiàn)量價(jià)齊升與盈利水平的增長。據(jù)IDC報(bào)告，中國液冷服務(wù)器市場中，冷板式占到了90%左右。

　　浸沒式液冷是將整個(gè)服務(wù)器或其組件直接浸入液體冷卻劑中的冷卻方式。浸沒式液冷服務(wù)器通過對(duì)服務(wù)器進(jìn)行了外殼設(shè)計(jì)、主板改造、散熱系統(tǒng)升級(jí)、密封性等多重改造等，使液體完全包圍服務(wù)器元件，實(shí)現(xiàn)更加高效地吸收和散發(fā)熱量。長遠(yuǎn)來看，浸沒式在散熱效率和單機(jī)柜功率、空間利用率等方面比冷板式具有顯著優(yōu)勢。

　　和服務(wù)器一樣，機(jī)柜級(jí)散熱也包括風(fēng)冷與液冷兩種方式。其中，風(fēng)冷機(jī)柜主要由機(jī)柜內(nèi)部風(fēng)扇/熱管系統(tǒng)進(jìn)行散熱， 在機(jī)柜內(nèi)部形成冷熱空氣的循環(huán)，從而降低服務(wù)器等ICT設(shè)備的運(yùn)行溫度。冷板式液冷機(jī)柜系統(tǒng)配備CDU等設(shè)施進(jìn)行散熱，也會(huì)采取風(fēng)冷+液冷混合的模式，如英偉達(dá)的GB200 NVL72的液冷機(jī)架系統(tǒng)就是選取冷板式液冷進(jìn)行散熱。除冷板式液冷機(jī)柜外，單相浸沒式機(jī)柜、雙相浸沒式機(jī)柜也都是機(jī)柜級(jí)液冷散熱的重要方向。

　　機(jī)房級(jí)散熱仍包括風(fēng)冷機(jī)房和液冷機(jī)房。其中風(fēng)冷機(jī)房主要依賴空調(diào)系統(tǒng)對(duì)機(jī)房內(nèi)部進(jìn)行制冷，降低機(jī)房溫度;液冷機(jī)房也包括冷板式液冷機(jī)房和浸沒式液冷機(jī)房。雖然目前冷板式液冷機(jī)房技術(shù)更為成熟，但浸沒式液冷機(jī)房體現(xiàn)出了更高的市場潛力。根據(jù)賽迪數(shù)據(jù)，2023-2025年，浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模年復(fù)合增長率有望達(dá)到38%，高于冷板式的26%。

　　節(jié)能降碳政策助液冷散熱加速推廣

　　據(jù)中國能源報(bào)，2022年全國數(shù)據(jù)中心耗電量達(dá)到2700億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量約3%。隨著生成式AI帶來全社會(huì)算力持續(xù)提升，預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)中心用電量占全社會(huì)用電量的比重還將越來越高。數(shù)據(jù)中心已成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能耗大戶，節(jié)能降碳迫在眉睫，打造綠色算力是未來算力發(fā)展的重中之重。

　　據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，2022年我國在用數(shù)據(jù)中心平均PUE為1.52，并且有相當(dāng)數(shù)量的數(shù)據(jù)中心PUE仍超過1.8甚至2.0。而根據(jù)政策要求，全國新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均PUE應(yīng)降到1.3以下， 要求集群內(nèi)PUE要求東部降到1.25及以下，西部降到1.2及以下。隨著政策的逐步落地，下游行業(yè)對(duì)液冷技術(shù)的認(rèn)可度提升，液冷散熱滲透率有望持續(xù)提升。

　　公開信息顯示，傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)存在密度低、散熱能力差、易形成局部熱點(diǎn)、機(jī)械能耗大等缺陷;相比而言，液冷方式則以液體為介質(zhì)進(jìn)行散熱，由于液體的體積比熱容是空氣的1000-3500倍，液體的對(duì)流換熱系數(shù)是空氣的10-40倍，在同等空間下，液冷的冷卻能力遠(yuǎn)高于風(fēng)冷。

　　據(jù)賽迪顧問統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國數(shù)據(jù)中心主要設(shè)備能耗占比中，制冷耗電占比(約43%)位居第二，僅次于IT設(shè)備自身能耗占比(約45%)。如果采用液冷技術(shù)替代大部分空調(diào)系統(tǒng)、風(fēng)扇等高能耗設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能20%-30%以上。此外，除了制冷系統(tǒng)自身能耗降低外，采用液冷散熱技術(shù)有利于進(jìn)一步降低芯片溫度，芯片溫度降低帶來更高的可靠性和更低的能耗，整機(jī)能耗預(yù)計(jì)可降低約5%。

　　總體來看，液冷技術(shù)具有更佳的節(jié)能效果，可將液冷數(shù)據(jù)中心的PUE降至1.2以下，每年節(jié)省大量電費(fèi)，大幅降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)行成本。相比于傳統(tǒng)風(fēng)冷，液冷散熱技術(shù)的應(yīng)用雖然會(huì)增加一定的初期投資，但可通過降低運(yùn)行成本回收投資。

　　正因液冷散熱節(jié)能降碳優(yōu)勢明顯，我國三大運(yùn)營商2023年聯(lián)合發(fā)布的液冷技術(shù)白皮書提出，到2025年，50%以上數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目應(yīng)用液冷技術(shù)，共同推進(jìn)形成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、生態(tài)完善、成本最優(yōu)、規(guī)模應(yīng)用的高質(zhì)量發(fā)展格局。

　　據(jù)浪潮信息測算，到2025年，液冷數(shù)據(jù)中心滲透率有望達(dá)到20%以上， 其表示基本上所有的運(yùn)營商，銀行在新建的數(shù)據(jù)中心規(guī)劃了液冷，真正的建設(shè)應(yīng)該會(huì)在2024年初大量開啟。

　　奇鋐、飛榮達(dá)等優(yōu)質(zhì)散熱廠商有望成為大贏家

　　在AI和數(shù)字經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的背景下，近年來我國服務(wù)器及數(shù)據(jù)中心的規(guī)模持續(xù)增長，與之相關(guān)的散熱產(chǎn)品市場也越來越大，吸引了大量企業(yè)投身到該領(lǐng)域。不過，在服務(wù)器或數(shù)據(jù)中心散熱領(lǐng)域做得更好的仍是奇鋐科技、雙鴻科技、飛榮達(dá)、維諦科技、英維克等老牌專業(yè)散熱廠商，這些企業(yè)未來有望成為大贏家。

　　奇鋐科技：總部位于臺(tái)灣的奇鋐科技是全球領(lǐng)先整體熱解決方案提供商，主要產(chǎn)品為散熱器、散熱片、風(fēng)扇、3DVC、冷板式液冷等，是英偉達(dá)的散熱產(chǎn)品的主力供應(yīng)貨之一。英偉達(dá)G B 2 0 0首度采用液冷散熱，將推升供應(yīng)鏈產(chǎn)品平均售價(jià)提升，奇鋐科技有望成為最大的受益者之一。

　　雙鴻科技：雙鴻科技也是全球領(lǐng)先的散熱方案提供商，散熱產(chǎn)品及方案廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、PC、服務(wù)器等領(lǐng)域。在服務(wù)器散熱領(lǐng)域，雙鴻科技于2023年順利量產(chǎn)了冷板式液冷產(chǎn)品，CDU也于當(dāng)年完成了小批量出貨。雙鴻科技認(rèn)為，在新一代 AIGPU的帶動(dòng)下，到2024年第二季度，服務(wù)器散熱領(lǐng)域的液冷需求需求將高于風(fēng)冷。

　　飛榮達(dá)：位于中國深圳的飛榮達(dá)深耕散熱和電磁屏蔽領(lǐng)域近30年，是行業(yè)領(lǐng)先的散熱及電磁屏蔽提供商，公司2023年散熱產(chǎn)品貢獻(xiàn)營收17.3億元，占公司總營收的40%。截至目前，飛榮達(dá)散熱產(chǎn)品及解決方案已廣泛應(yīng)用到消費(fèi)電子、服務(wù)器、AIPC、新能源等領(lǐng)域，客戶包括華為、三星、蘋果、榮耀、小米等。在服務(wù)器散熱領(lǐng)域，飛榮達(dá)可提供芯片級(jí)、服務(wù)器級(jí)、機(jī)柜級(jí)等多種類型的液冷或風(fēng)冷產(chǎn)品，其中，新開發(fā)的液冷散熱模組已獲得大客戶認(rèn)可。截至目前，飛榮達(dá)已積累了大量服務(wù)器領(lǐng)域的客戶資源，包括華為、中興、微軟、思科、浪潮、新華三、超聚變、神州鯤泰及Facebook、google等。

　　除上述企業(yè)外，維諦科技、摩丁制造、英維克、曙光數(shù)創(chuàng)、高瀾股份等都是服務(wù)器或數(shù)據(jù)中心散熱領(lǐng)域的有力競爭者。

來源/環(huán)證網(wǎng)