液冷行业专题报告：人工智能行业快速推动，液冷有望成为高成长性新赛道

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.com2 服务器冷却技术发展历程 www.cgws.com 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 CDU 接头 电磁阀 冷却液 maniflod 浸没液冷TANK 中游 液冷服务器 液冷集成设施 芯片厂商 模块机柜 下游 能源 三大运营商 交通 政府 金融 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.com4 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 早期服务器冷却系统发展新型服务器冷却方式（液冷）发展 1950- 1970 年代 无空调、自然通风的冷却系统 空调出现，开始使用机柜 1980 年代 1990 年代 功率密度提高，空调冷却开始失效 2008- 2009 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 2010- 2013 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 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 2014- 2018 年 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 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 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.comwww.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.com6 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。 分类 优势 劣势 风冷散热 成本低，经济性高；发展时间久，技术成熟。 防护等级低，难以满足恶劣应用要求；空气与模块内部元器件直接接触，模块故障风险大；噪声严重。 液冷散热 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。 表1：风冷技术、液冷技术优劣势比较 数据来源：UPS应用，长城证券产业金融研究院 表2：不同液冷技术优劣势比较 分类 优势 劣势 冷板式液冷 散热均匀，可靠性高，维护方便。 成本高，仅适合高性能计算和更高规格的机房。 浸没式液冷 散热效果好，系统稳定，具备性价比优势。 维护难度较大，要求机房水平大，不利于管理和维护。 喷淋式液冷 散热快速，节能降耗，操作便利。 适应范围较窄，不适合高密度服务器和超大规模数据中心，成本较高 www.cgws.comwww.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：《COMPUTETRENDSACROSSERASOFMACHINELEARNING》，长城证券产业金融研究院 www.cgws.com9 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AppleVisionPro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COMPUTEX2023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 250 200 150 100 50 0 市场规模（亿美元） 20192020202120222023E 市场规模（亿美元） 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2018201920202021E2022E2023E 数据来源：IDC、中商产业研究院，长城证券产业金融研究院数据来源：华经产业研究院，长城证券产业金融研究院 www.cgws.com10 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图9：全球数据中心市场规模 安全设置,9% 光模块/光纤/网线等,5% 网络设 备,11% 900 800 700 600 500 全球市场收入（亿美元）增速 10.60% 10.40% 10.20% 10.00% 9.80% 9.60% 存储设备,6% 服务器,69% 400 300 200 100 9.40% 9.20% 9.00% 8.80% 0 2017201820192020202120222023E 8.60% 数据来源：前瞻产业研究院，长城证券产业金融研究院数据来源：中国信通院、中商产业研究院，长城证券产业金融研究院 www.cgws.com11 利好政策频出，助力数据中心建设 近年来我国在政策端持续发力，积极推进数据中心的建设。大到国家战略层面上的“东数西算”工程，小到各个省市级单位推出的各项政策。 表3：全国支持数据中心建设的政策汇总（部分） 范围 文件 部门 政策目标 国家层面 《新型数据中心发展三年行 动计划（2021-2023年）》 工业和信息化 部 用3年时间，基本形成布局合理、技术先进、绿色低碳、算力规模与数字经济增长相适应的新型数据中心发展格局。总体布局持续优化，全国一体化算力网络国家枢纽节点、省内数据中心、边缘数据中心梯次布局。技术能力明显提升，产业链不断完善，国际竞争力稳步增强。 上海市 《上海市数据中心建设导则 （2021版）》 上海市经济和信息化委员会 为全市数据中心建设制定了标准，便于后期对数据中心的运营及管理。 广东省 《广东省发展改革委广东省工业和信息化厅关于加强数据中心布局建设的意见》 广东省工业和信息化厅、广东省发改委 引导广东数据中心科学合理布局、集约集聚建设、绿色低碳发展，形成技术先进、布局合理、供需匹配、安全可靠的数据中心发展格局，构建与经济社会数字化发展需要相适应的数据中心资源和算力供给体系。 北京市 《北京市数据中心统筹发展实施方案（2021-2023年）》 北京市经济信息化局 到2023年，将北京培育成为人工智能算力枢纽、先进节能技术应用高地，建设一批高性能计算设施。保持数据中心规模增长与我市经济发展及区域经济增速相匹配。建立优势互补的京津冀数据中心聚集区，为京