在生成式AI浪潮的驅動下，算力需求將持續攀升，進而帶動大型數據中心等算力基礎設施規模不斷擴大。中國信通院預計，2024-2028年全球算力規模將以超過50%的速度增長，到2025年全球計算設備算力總規模將超過3 ZFlops，至 2030年將超過20 ZFlops。

　　不過，伴隨著數據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峻。服務器在工作的過程中，其CPU、GPU、內存、存儲等器件會產生大量熱量，使得芯片工作溫度急劇攀升，進而影響設備工作性能，甚至導致電子設備損壞。根據DeepTech數據，當電子設備溫度過高時，工作性能會大幅度衰減，當芯片的工作溫度靠近70-80℃ 時，溫度每升高2℃，芯片的性能會降低約10%，超過55%的電子設備失效形式都是溫度過高引起的。

　　出于維持設備穩定運行和降低能耗的原因，任何數據中心和服務器設備都有必要配備高性能的散熱器件進行降溫。因此，數據中心或服務器算力的提升除依賴CPU、GPU等核心器件不斷升級外，也有賴于散熱技術的持續進步，AI大發展帶來的算力需求攀升，必將催生巨大的散熱產品需求。

　　目前，數據中心的散熱產品可以分為芯片級、服務器級、機柜級和機房級四個層級，四個層級的散熱器件或設備共同作用、相互配合才能起到最佳的整體散熱效果。

　　高算力需求拉動AI服務器放量，芯片級散熱高增長可期

　　芯片級散熱是通過直接在芯片或處理器表面移除熱量來優化設備性能并延長使用壽命的一種散熱方式。根據《數據中心服務器功耗模型研究進展》，通用服務器內CPU、內存、存儲等器件功耗占比分為32%、14%和5%。但隨著AI服務器的出現，CPU就成了服務器的散熱“大戶”。和傳統服務器不同，AI服務器采用“CPU+GPU”異構結構，其迅速增長的訓練推理算力需求帶動AI芯片的單卡算力大幅提升，如英偉達H100 GPU功耗高達700W，最新推出的B200 GPU功耗更是達到1000W，遠超CPU功耗。據公開資料，AI服務器作為人工智能發展的重要算力底座，CPU和GPU的整體功耗在AI服務器總功耗中占比達到80%左右，其中GPU功耗占服務器總功耗比重在55%左右。

　　隨著服務器芯片功耗的不斷提升，服務器芯片級散熱產品也在持續進化，從早期的一維熱管的線式均溫發展到二維V C的平面均溫，又逐步進化到3 DVC的三維散熱技術。直到近年，隨著AI服務器采用的GPU的功耗大幅提升，風冷技術逐漸達到散熱能力瓶頸，冷板式液冷開始替代風冷成為服務器芯片級散熱產品主流。

　　其中，熱管散熱通過內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品，如服務器、筆記本、 游戲機、 VR/AR、通信設備等場景;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，可以根據芯片的布局設計任意形狀，甚至可以兼容處于不同高度的多個熱源的散熱，是一種比熱管更先進、更高效的導熱元件;3D VC則是利用熱管與均溫板蒸汽腔體貫通的散熱技術，它是把熱量傳遞至二次組裝的多根熱管/均溫板，通過三維結構連通下，內部液體相變、熱擴散，直接、高效地將芯片熱量傳遞至齒片遠端散熱，可滿足大功率器件解熱、 高熱流密度區域均溫的瓶頸需求。

　　在業內，熱管、VC、3DVC可結合風扇組合使用，均被歸屬為風冷散熱范疇，英偉達的DGX A100服務器采取的就是風扇+3D VC的風冷散熱方式。不過，由于熱管/VC等產品散熱范圍有限，已逐漸退出主流服務器散熱產品行列。 3D VC雖然散熱性能大幅提升，但為在服務器芯片功耗持續增加的情況下，也只能作為風冷向液冷發展的過渡產品，冷板式液冷才是服務器芯片級散熱的未來。

　　冷板式液冷是一種基于微流控技術的液冷系統，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，然后通過蒸發和凝結來吸收和散發熱量，優點是可以實現高效的熱傳遞和精準的溫度控制，適用于需要高精度冷卻的高性能計算、服務器等高功率領域。由于冷板式液冷的冷卻液不與服務器元器件直接接觸，又之為間接液冷。

　　依據冷卻液在冷板中是否發生相變，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動冷卻液流過芯片背部的冷板通道，冷卻液在通道內通過板壁與芯片進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，冷卻液不發生相變; 兩相冷板式液冷利用液泵驅動冷卻液進入冷板，吸熱后蒸發成氣態，然后通過冷凝系統捕獲該氣體，冷凝系統再將氣體冷凝為液體，由于兩相冷卻液可以產生液態和氣態兩種狀態，因此稱為兩相冷板式液冷。

　　相比熱管、VC、3DVC等風冷技術，冷板式液冷在熱傳遞性、可靠性、功率密度等方面更具優勢，具備更高的散熱效率，散熱范圍的上限可超過1000W。不僅如此，與風冷相比，冷板式液冷雖然初期建設成本目前更高，但其擁有更低的P U E，全液冷相較風冷節能高達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濟效益。

　　正是由于液冷相比風冷優勢顯著，英偉達最新一代GPU B200就采用液冷散熱技術取代了以往的風冷散熱方案。英偉達創始人兼CEO黃仁勛認為，液冷技術將為未來發展趨勢，并有望引領整個散熱市場進行變革，從B200開始，英偉達以后所有產品都將采用液冷散熱技術。在英偉達這個龍頭帶動的作用下，相信冷板式液冷在服務器芯片級散熱領域的應用將更加廣泛。

　　隨著AI大模型加速發展，AI服務器的市場規模持續擴大，必然帶動服務器芯片出貨量強勁增長。據Precedence預測，2026年全球AI芯片市場規模477億美元，2024-2026年的年復合增長率為29.72%。分析認為，AI服務器及芯片市場規模擴大， 且芯片功耗增長提高散熱要求，芯片級散熱市場規模增速有望持續提升，而冷板液冷作為服務器芯片級散熱的未來方向，市場高增長可期。

　　服務器、機柜、機房級散熱需求同步增長

　　除芯片級散熱外，數據中心溫控系統還包含服務器級、機柜級和機房級三個層級的散熱，四個層級的散熱器件或設備共同作用、相互配合，共同構成完善的數據中心溫控系統。在生成式AI拉動算力需求持續攀升的背景下，服務器級、機柜級和機房級散熱需求將同步增長。

　　圖：數據中心溫控系統框架

　　圖片來源：國海證券研報

　　服務器層級的散熱也包含風冷散熱與液冷散熱兩種。其中服務器層級的風冷散熱主要采用風扇+熱管/VC/3D VC相結合的散熱方案，其主要特點是簡單、 成熟和成本相對較低，通常用于功率密度較低的數據中心環境。 然而，隨著服務器功率密度的增加和對能效要求的提高，風冷系統的局限性開始顯現，因為在高功率密度環境下，空氣的熱傳導性能可能不足以高效地散熱，導致系統效率降低和運營成本增加。

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

　　浸沒式液冷是將整個服務器或其組件直接浸入液體冷卻劑中的冷卻方式。浸沒式液冷服務器通過對服務器進行了外殼設計、主板改造、散熱系統升級、密封性等多重改造等，使液體完全包圍服務器元件，實現更加高效地吸收和散發熱量。長遠來看，浸沒式在散熱效率和單機柜功率、空間利用率等方面比冷板式具有顯著優勢。

　　和服務器一樣，機柜級散熱也包括風冷與液冷兩種方式。其中，風冷機柜主要由機柜內部風扇/熱管系統進行散熱， 在機柜內部形成冷熱空氣的循環，從而降低服務器等ICT設備的運行溫度。冷板式液冷機柜系統配備CDU等設施進行散熱，也會采取風冷+液冷混合的模式，如英偉達的GB200 NVL72的液冷機架系統就是選取冷板式液冷進行散熱。除冷板式液冷機柜外，單相浸沒式機柜、雙相浸沒式機柜也都是機柜級液冷散熱的重要方向。

　　機房級散熱仍包括風冷機房和液冷機房。其中風冷機房主要依賴空調系統對機房內部進行制冷，降低機房溫度;液冷機房也包括冷板式液冷機房和浸沒式液冷機房。雖然目前冷板式液冷機房技術更為成熟，但浸沒式液冷機房體現出了更高的市場潛力。根據賽迪數據，2023-2025年，浸沒式液冷數據中心市場規模年復合增長率有望達到38%，高于冷板式的26%。

　　節能降碳政策助液冷散熱加速推廣

　　據中國能源報，2022年全國數據中心耗電量達到2700億千瓦時，占全社會用電量約3%。隨著生成式AI帶來全社會算力持續提升，預計數據中心用電量占全社會用電量的比重還將越來越高。數據中心已成為全球經濟發展的能耗大戶，節能降碳迫在眉睫，打造綠色算力是未來算力發展的重中之重。

　　據相關統計，2022年我國在用數據中心平均PUE為1.52，并且有相當數量的數據中心PUE仍超過1.8甚至2.0。而根據政策要求，全國新建大型、超大型數據中心平均PUE應降到1.3以下， 要求集群內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，下游行業對液冷技術的認可度提升，液冷散熱滲透率有望持續提升。

　　公開信息顯示，傳統風冷技術存在密度低、散熱能力差、易形成局部熱點、機械能耗大等缺陷;相比而言，液冷方式則以液體為介質進行散熱，由于液體的體積比熱容是空氣的1000-3500倍，液體的對流換熱系數是空氣的10-40倍，在同等空間下，液冷的冷卻能力遠高于風冷。

　　據賽迪顧問統計數據，中國數據中心主要設備能耗占比中，制冷耗電占比(約43%)位居第二，僅次于IT設備自身能耗占比(約45%)。如果采用液冷技術替代大部分空調系統、風扇等高能耗設備，可實現節能20%-30%以上。此外，除了制冷系統自身能耗降低外，采用液冷散熱技術有利于進一步降低芯片溫度，芯片溫度降低帶來更高的可靠性和更低的能耗，整機能耗預計可降低約5%。

　　總體來看，液冷技術具有更佳的節能效果，可將液冷數據中心的PUE降至1.2以下，每年節省大量電費，大幅降低數據中心運行成本。相比于傳統風冷，液冷散熱技術的應用雖然會增加一定的初期投資，但可通過降低運行成本回收投資。

　　正因液冷散熱節能降碳優勢明顯，我國三大運營商2023年聯合發布的液冷技術白皮書提出，到2025年，50%以上數據中心項目應用液冷技術，共同推進形成標準統一、生態完善、成本最優、規模應用的高質量發展格局。

　　據浪潮信息測算，到2025年，液冷數據中心滲透率有望達到20%以上， 其表示基本上所有的運營商，銀行在新建的數據中心規劃了液冷，真正的建設應該會在2024年初大量開啟。

　　奇鋐、飛榮達等優質散熱廠商有望成為大贏家

　　在AI和數字經濟大發展的背景下，近年來我國服務器及數據中心的規模持續增長，與之相關的散熱產品市場也越來越大，吸引了大量企業投身到該領域。不過，在服務器或數據中心散熱領域做得更好的仍是奇鋐科技、雙鴻科技、飛榮達、維諦科技、英維克等老牌專業散熱廠商，這些企業未來有望成為大贏家。

　　奇鋐科技：總部位于臺灣的奇鋐科技是全球領先整體熱解決方案提供商，主要產品為散熱器、散熱片、風扇、3DVC、冷板式液冷等，是英偉達的散熱產品的主力供應貨之一。英偉達G B 2 0 0首度采用液冷散熱，將推升供應鏈產品平均售價提升，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先的散熱方案提供商，散熱產品及方案廣泛應用于消費電子、PC、服務器等領域。在服務器散熱領域，雙鴻科技于2023年順利量產了冷板式液冷產品，CDU也于當年完成了小批量出貨。雙鴻科技認為，在新一代 AIGPU的帶動下，到2024年第二季度，服務器散熱領域的液冷需求需求將高于風冷。

　　飛榮達：位于中國深圳的飛榮達深耕散熱和電磁屏蔽領域近30年，是行業領先的散熱及電磁屏蔽提供商，公司2023年散熱產品貢獻營收17.3億元，占公司總營收的40%。截至目前，飛榮達散熱產品及解決方案已廣泛應用到消費電子、服務器、AIPC、新能源等領域，客戶包括華為、三星、蘋果、榮耀、小米等。在服務器散熱領域，飛榮達可提供芯片級、服務器級、機柜級等多種類型的液冷或風冷產品，其中，新開發的液冷散熱模組已獲得大客戶認可。截至目前，飛榮達已積累了大量服務器領域的客戶資源，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。

　　除上述企業外，維諦科技、摩丁制造、英維克、曙光數創、高瀾股份等都是服務器或數據中心散熱領域的有力競爭者。

來源/環證網