液冷行业：AI芯片功耗跃升，混合式液冷方案驱动氟化液需求增长

2 0 2 5.0 9.0 5 分析师：孙颖博士建材&化工行业首席分析师执业证书编号：S0740519070002Email：sunying@zts.com.cn分析师：农誉执业证书编号：S0740524120001Email：nongyu@zts.com.cn 研究助理：徐思博Email：xusb@zts.com.cn CCONTE行业背景：AI芯片功耗激增驱动液冷升级，冷板+浸没混合方案有望成为主流 11.1.1液液冷冷技技术成术成为为数数据据中心散中心散热热主主流流解决方解决方案案 ✓当前AI芯片功耗大幅跃升：英伟达GB200/GB300单芯片功耗突破1000W，已经超出传统风冷技术的极限散热能力。✓NVIDIA预计2026年推出Rubin系列产品，机柜功耗预计将突破600kW。超高功率密度下，风冷系统散热效率骤降，能耗成本激增。液冷技术凭借超高热导率成为关键解决方案。◼行业背景2：全球数据中心能效要求趋严。 ✓“东数西算”工程八大枢纽节点要求东部地区PUE（电能利用效率）目标不超过1.25，西部地区不超过1.2；智算中心内 液冷机柜数量占比超过50%。欧盟亦在推行PUE强制披露与严控政策（如德国要求2026年及以后投入运营的数据中心PUE须不超过1.2）。 ✓液冷技术可将PUE降至近1.1，远优于传统风冷（1.4-1.5），是满足政策需求的核心技术路径。◼行业背景3：服务器技术演进与架构适配性。 ✓服务器架构向超高集成度演进，NVLink等高速互连技术显著提升了GPU集群连接密度，大幅挤占传统风冷所需的空间。液冷方案凭借其紧凑性优势，可在高密度布局下实现高效散热，适配新一代AI服务器架构。 资料来源：热传智能制造、瑞技科技、云帆热管理、量子位、电极限APP、腾讯科技、topcpu、数据中心说观点、数据中心基础设施运营管理、HVAC空调解决方案、海兰云UDC、数据中心之家、九川数科、中国联通国际、《NVIDIA H100 Tensor Core GPU架构白皮书》、中泰证券研究所 11.2.2单单相相冷冷板能板能力力迫迫近近极限，极限，双双相相方方案成演案成演进进方方向向；；浸没浸没式式规规模模化渗透化渗透尚尚待待时时日日 ◼冷板式液冷：在液冷服务器市场占主导地位，根据IDC，2024H1国内市场份额超95%。✓冷板冷却是将金属冷板与IT设备芯片贴合，管道内部走冷却液直接带走芯片热量，其他部件（20%-30%）仍靠风冷。 优势在于改动较小，可兼容现有服务器设计，特别适用于存量数据中心升级。 ✓目前正经历单相冷板式向两相冷板式的技术演进：两相冷却具备散热效率高、高效温度均匀性等，特别适用于高功率密度的设备散热需求。但系统复杂性和成本显著增加，同时对系统的设计和调试要求也很高。 11.2.2单单相相冷冷板能板能力力迫迫近近极限，极限，双双相相方方案成演案成演进进方方向向；；浸没浸没式式规规模模化渗透化渗透尚尚待待时时日日 ◼浸没式液冷：受限于高改造成本、器件表面性能潜在损伤和环保监管风险，目前渗透率低。✓单相浸没将设备完全浸入冷却液中，设备发出的热量直接传递给冷却液；双相浸没则利用低沸点冷却介质相变（沸腾/ 冷凝）实现更高散热效率。相较冷板式液冷，浸没式液冷散热能力强，机柜功率密度更高；由于浸没式液冷捕捉100%热量，不存在风冷组成，数据中心PUE值更低（可低至1.05）。 ✓浸没式液冷技术需使用大量冷却液，导致总体成本较高。同时，部分冷却液可能挥发出含全氟烷基物质（PFAS）的蒸汽，对环境存在潜在污染风险。此外，该系统要求所有设备材料与冷却液兼容，而部分组件（如光纤连接器）在浸没条件下可能无法正常工作，因此需对现有设备进行改造或选用专用硬件，从而进一步增加了采购与维护成本。 资料来源：浪潮信息、《绿色高能效数据中心散热冷却技术研究现状及发展趋势》、数据中心咨询设计、热管理网、ARCADIS、数据中心基础设施运营管理、intel、《相变浸没式液冷系统研究》、CDCC、MIR睿工业、中科曙光、华经产业研究院、中泰证券研究所 11.3.3混混合合式式液冷液冷：：平平衡衡成本与成本与性性能能，，系统可系统可靠靠性性升升级级 ◼混合式液冷：平衡成本与性能。✓方案概述：液冷板贴于GPU/CPU表面，连同服务器其他电子元件（如硬件、RAM等）浸没到装有介电流体和水的垂直 密封水箱中进行冷却，形成双回路系统。 ✓机房兼容性与部署效率显著提升：与纯浸没式冷却方案相比，混合式液体介质用量大幅降低，且无需依赖高能耗的泵组、散热器、热交换器、冷凝器及密封蒸发装置等复杂部件，避免了其通常伴随的高功耗、密封要求及大面积占用问题（如OVHcloud成功在标准尺寸机架中部署48台服务器，体现优异的空间适应性与部署效率）。 ✓可靠性与可维护性：在泄漏影响方面，混合式液冷通过故障域隔离显著提升可靠性，子系统泄漏仅影响单个服务器或者机柜的局部区域，有效避免系统瘫痪；而单相浸没方案存在单点故障风险，漏液会导致液位下降与元件过热。可维护性上，混合式支持组件级维护，CPU/GPU可像传统服务器一样热插拔更换，无需处理浸没液体，操作简便。相比之下浸没式维护更为复杂，需断液、排水、清洗、干燥、再浸没，流程繁琐耗时，对操作要求高。 行业概况：液冷方案选型源于多方协同，混合式液冷以性价比优势应对功耗激增 22.1.1液液冷冷产产业链业链：：冷冷却却介质的介质的选选型型是是多方合多方合力力、、共共同决策同决策的的结结果果 ◼冷却介质的选型决策并非由单一环节独立决定，而是芯片厂商、服务器厂商/终端用户、液冷方案提供商以及冷却介质生产商等多方共同参与、博弈与决策的结果。✓芯片厂商（如NVIDIA、AMD、Intel）：作为技术风向标的制定者与初始推动者，其芯片产品的功耗与散热要求，直 接决定了冷却系统的设计基准。✓服务器厂商（如华为、浪潮、中科曙光）及终端用户（如Meta、阿里云、腾讯云）：作为最终的决策与采购方，其选择主要基于采购规模、综合成本效益等因素。✓液冷方案提供商（包括系统集成商如维缔、施耐德，以及部件供应商如台达、英维克）：作为技术实现与方案落地的关键执行者，负责将芯片的散热需求与用户的选型意愿转化为可实施的技术方案。✓冷却介质生产商（如新宙邦、润禾材料、巨化股份）：作为核心液冷介质材料的供应商，专注于材料研发、工艺改进与产能提升，以响应下游市场的需求。 22..22液液冷冷行行业市业市场场规规模模有望持有望持续续增增长长 ◼液冷行业市场规模有望持续增长：根据QYResearch，2024年全球数据中心用液冷系统市场规模约20.5亿美元，预计2031年将达到231.8亿美元，2024-2031期间年复合增长率（CAGR）为41.4%。✓AI算力需求激增与集群规模化扩张：1）国内：2025年上半年，字节跳动、腾讯、阿里液冷服务器采购量同比飙升240%， 占据国内市场份额的58%；华为CloudMatrix支持432节点级联构建16万卡，腾讯/阿里/百度均规划十万卡级算力池。2）海外：2025Q2北美四大云厂商（亚马逊、微软、谷歌、Meta）资本开支同比激增64%至958亿美元，重点投入AI数据中心建设。 ✓金融、电信、能源等传统行业需求接力：政策驱动下（新建数据中心PUE≤1.25），传统行业液冷改造全面启动。国家电网计划未来三年改造200个液冷数据中心，单项目投资规模超5000万元；中国移动宣布2026年前完成50%核心机房的液冷化改造。 液冷介质材料投资机会：全氟聚醚有望成为混合式液冷方案的最优介质 33.1.1不不同同液液冷方冷方案案的的冷冷却介质却介质选选型型 ◼液冷方案中冷却介质的选型是系统设计的核心环节，直接决定了冷却效率、系统可靠性、成本和维护复杂度。核心原则是在保障安全兼容与所需介电性的前提下，优先选择热性能最佳且总拥有成本最低的介质，以满足特定冷却场景的需求。 ✓水基冷却液：纯水或仅添加一定比例的乙二醇/丙二醇防冻剂，成本低廉。 ✓油类冷却液：包括矿物油/合成油/硅油等，成本较低。具备沸点高不易挥发、不腐蚀金属、环境友好、毒性低等共性，但存在可燃风险。因其粘度、粘性和易吸湿水等一般不作为冷板式液冷的冷却液。✓碳氟化合物：具备良好的电绝缘性、综合传热性能，实现无闪点不可燃且惰性较强，是良好的兼容材料，但成本较高。图表：氟化液选型及需求测算 33.2.2..11冷冷板板式：式：单单相相系系统以水统以水基基冷冷却却液为主液为主，，两两相相系统介系统介质质中中R1R1334a4a综合性能佳综合性能佳 ◼单相冷板系统：冷却介质因不直接接触电子元件，对绝缘性要求较低。 ✓水基冷却液：纯水为溶剂，具有良好的传热性能，不需添加任何其他材料或只根据防冻需求添加一定比例的乙二醇/丙二醇防冻剂。由于添加剂会降低水的热传导性，也存在因挥发而失去性能的问题，使用时需要定期取样监测冷却液品质。 ◼两相冷板系统：利用冷却液在冷板内部流道中发生相变过程来高效带走热量（液态吸热沸腾变为气态，气态放热冷凝再变回液态），散热能力远超单相液冷。冷却介质需具备高潜热特性。✓六氟丙烯二聚体：GWP值最低，成本适中；但是粘度较高限制流速，长期反酸可能腐蚀铜管。 ✓氢氟醚：沸点可调，精准匹配芯片工作温度；但导热系数最低。✓R134a制冷剂：相变吸热效率最高、粘度最低，成本优势显著；但需承担密封系统成本。 33.2.2..22 R1R1334a4a有有望望成成为为两相系两相系统统主主流流介质，介质，当当前前行行业供需业供需紧紧平平衡衡 ◼R134a制冷剂有望成为两相系统主流介质。 ✓适配性优势：在两相冷板液冷中，低沸点的氟化物作为工艺冷媒会有效提升冷板液冷系统可靠性（如泄漏为气态且不导电，不会危及服务器安全），氟化物在冷板内吸收热量后蒸发汽化，显著提升冷板的散热能力。✓散热效率优于氢氟醚及六氟丙烯二聚体；当前售价5.15万元/吨，具备显著性价比优势。◼当前，R134a供需紧平衡，配额高度集中。 ✓需求稳固：2024年新能源车渗透率升至40.8%，因设计复杂度提升和驻车空调使用频次更高，单车制冷剂用量增加， 推动维修需求加速释放；配额机制刚性约束下，2024-2025年供给弹性不足，依赖企业自主调配与政府临时配额增发缓解短缺。 ✓2025年 巨 化 股 份、昊 华 科 技、三 美 股 份、永 和 股 份、东 阳 光 五 大 厂 商 配 额 占 比 约94%，分 布 占 据37%/26%/24%/5%/2%，对应生产配额约7.65/5.42/4.96/1.02/0.46万吨。 33.3.3..11单单相相浸没浸没式式系系统统冷却介冷却介质质：：全全氟聚醚氟聚醚//全全氟氟胺胺关键关键性性能能全全面领面领先 ◼单相浸没式系统：冷却液与发热电子元件直接接触，通过液体的对流来高效带走热量。冷却介质需满足高绝缘性、良好的化学稳定性与材料兼容性。 图表：单相浸没式示意图-服务器整柜浸没，✓硅油：初次投入成本低；但其质地粘稠，在维护或更换硬件时难以清洗，且存在氧化沉积堵塞和燃爆风险（有闪点），适合低可靠性场景。✓氢氟醚：沸点范围宽，易匹配芯片工作温度，成本适中；但其导热系数相对较低，在单相浸没应用中，需要更大的液体流量来循环，设备要求更高、存在泄漏风险。✓三聚体类（以六氟丙烯三聚体为主）：导热性能适中，成本适中；但存在长期稳定性问题，纯三聚体可能反酸腐蚀设备。✓全氟聚醚/全氟胺：在安全性（不可燃、低毒）、材料兼容性、化学稳定性和绝缘性方面与化学稳定性均优于其他可选介质。全氟聚醚具备低表面张力特性，使其能更好地浸润元件表面和微小缝隙，提升传热效率；然而其主要挑战在于成本高昂。 33.3.3..22全全氟氟聚醚聚醚有有望望成成为混合为混合式式液液冷冷方案的方案的优优选选介介质质 ◼全氟聚醚适配对宕机风险零容忍、设备价值极高，最求长期稳定性的高端数据中心、超算中心和AI计算集群场景。✓散热效率领先：电