行业分析框架：国信化工：数据中心及AI服务器液冷冷却液

行业研究·行业专题 基础化工·氟化工 投资评级：优于大市（维持） 证券分析师：张歆钰021-60375408zhangxinyu4@guosen.com.cnS0980524080004 证券分析师：杨林010-88005379yanglin6@guosen.com.cnS0980520120002 核心观点 Ø随着数算中心规模、功率不断提升，高效冷却技术快速发展，液冷主要解决高能耗、高发热难题。据《智算中心液冷产业全景研究报告》，2024年我国算力中心总耗电量达1660亿kWh，占全社会总用电量的1.68%。2020年国家工信部公布《全国数据中心应用发展指引（2020）》，全国在用超大型数据中心平均PUE达1.46，大型数据中心平均PUE为1.55；2023年4月，财政部、生态环境部、工信部联合印发《绿色数据中心政府采购需求标准（试行）》中提出，2023年6月起，数据中心电能比不高于1.4,2025年起数据中心电能比不高于1.3；数据中心大量能耗主要为热能，降低PUE可由液冷技术驱动。此外，根据实验数据，当芯片功率超过300W时，传统风冷系统散热能力便已失效，芯片热失控风险急剧升高。液冷技术利用液体比热容高于空气的优势，实现对芯片精准散热。 Ø主流液冷技术为冷板式与浸没式，冷板式液冷由于技术方案相对成熟，是目前主要的液冷应用方案。液冷具有换热效率高、节能、减少噪音等多重优势，按照冷却液与服务器接触方式不同，可分为间接冷却与直接冷却，间接冷却一般为冷板式，直接冷却包括浸没式和喷淋式。其中冷板式与浸没式按照冷却液介质是否发生相变又可分为单相与双相。冷板式液冷技术方案相对成熟，不需要对数据中心机房进行大规模改造，但解热能力上限仍不如浸没式液冷；浸没式液冷冷却液介质需直接与设备接触，专用机柜对于管路要求高，维护复杂，冷却液介质如氟化液售价高昂且使用量较大，整体运维成本较高，但浸没式液冷解热能力更高且噪音最小。 Ø不同基质的冷却液一般用于不同场景，水基冷却液一般用于单相冷板式液冷，制冷剂可用于双相冷板式液冷；油基冷却液与含氟冷却液可用于单相或多相浸没式液冷。冷板式液冷不直接与设备接触，水基冷却液具有高比热容、低成本等优点，但存在易滋生藻类、细菌等问题；油基冷却液绝缘性好，具备成本较低等优势，但存在黏度大、阻力大、影响信号传输等问题；含氟冷却液主要包括全氟聚醚、全氟胺、氢氟醚、全氟烯烃等，含氟冷却液流动性好、毒性低、绝缘性好，但售价相对较高。 Ø冷却液市场空间测算：根据SemiAnalysis预测，2028年全球新增AI数据中心装机量将达59GW，预期或将催生出约8.9万吨冷却液需求；传统服务器新增装机量或将带来1.9万吨冷却液需求。 Ø风险提示：数据中心装机量不及预期；数据中心液冷渗透率不及预期；PFAS等相关环保政策变化；新增产能投建不及预期。 Ø投资建议：数算中心机架功率持续提升，液冷方案可解决数算中心高能耗、高散热难题。当前液冷板块处于发展早期，各类液冷方案各具优劣势，行业尚未形成统一既定的最优液冷方案，需密切关注下游服务商选择的液冷方案路径与对应冷却液产品。重点推荐：巨化股份（氟化液）、东岳集团（氟化液、改性硅油）、中国石油（矿物油、合成油）等。 目录 主流冷却路径梳理01水基冷却液02油基冷却液03含氟冷却液04市场空间测算05投资建议及风险提示06 目录 主流冷却路径梳理 目录 全球液冷市场规模快速增长 数据中心规模持续提升，散热问题愈发显著 Ø数据中心，指为具备计算能力、存储能力以及信息交互能力的IT应用系统提供集中存放的场所，通过统一标准建设，可实现系统的稳定、可靠运行。随着全球数字化技术、AI技术蓬勃发展，全球数据中心规模快速增长。根据中国信通院、中商产业研究院及科智咨询数据，2017年全球数据中心规模为465.5亿美元，预计2027年将达到1632.5亿美元，期间复合增长率达13.4%。 Ø数据中心电能利用效率（PowerUsageEffectiveness，PUE），指数据中心总耗电量与数据中心IT设备耗电量的比值。PUE越接近1表明用于非IT设备耗能越低，数据中心绿色化程度越高。 Ø数据中心高效冷却技术的发展迫在眉睫。数据中心产业快速发展的同时，也带来了能耗大幅增长的问题。据《中国数据中心能耗现状白皮书》，2015年全国大数据中心的耗电量已达1000亿kWh，相当于三峡电站全年的发电量；2018年数值迅速爬升至1609亿kWh，超过上海全年的社会用电量。根据2020年国家工信部公布的《全国数据中心应用发展指引（2020）》，全国在用超大型数据中心平均PUE达1.46，大型数据中心平均PUE为1.55；2021年7月工信部公布《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》，到2023年底新建大型及以上数据中心PUE降低到1.3以下；2022年7月国家发改委同意启动建设全国一体化算力网络国家枢纽节点的系列复函中指出，国家算力东、西部枢纽节点数据中心PUE分别控制在1.25、1.2以下；2023年4月，财政部、生态环境部、工信部联合印发《绿色数据中心政府采购需求标准（试行）》中提出，2023年6月起，数据中心电能比不高于1.4,2025年起数据中心电能比不高于1.3。 风冷散热效率难以匹配，液冷方案成为数据中心散热更优选择 Ø风冷散热效率逐渐难以匹配数据中心功率，绿色数算及芯片效率使液冷技术成为未来发展趋势。数据中心最初依赖风冷系统散热，随着数据中心的超大型化和高密度化发展，数据中心功率快速提升：当前X86平台中央处理器（CPU）最大功耗已达400W，图形处理器（GPU）功率突破700W，网络介质访问控制（MAC）芯片功率更达到800W量级。英伟达DGXA100服务器在训练ChatGPT模型时，单服务器功率突破6.5kW，较传统服务器提升16倍，NVL72单柜已经超过120kW。这种功率的跃升直接导致芯片热流密度超过120W/cm²，远超风冷散热极限。热力学模拟显示，当芯片结温超过75℃时，其故障率将呈指数级增长，迫使散热技术必须实现从空气对流到液体传导的根本性转变。此外，风冷系统通常需要大量的风扇和空调设备，约占数据中心能耗的43%，PUE较高。2023年三大运营商联合发布的《电信运营商液冷技术白皮书》明确要求，2025年新建数据中心液冷应用比例需高于50%，直接推动液冷技术从试点转向规模化部署。 Ø根据科智咨询，2027年我国液冷数据中心市场规模或突破1000亿元，2019-2027年复合增速高达51.4%。 液冷具有换热效率高、节能、减少噪音等多重优势 Ø液冷技术是指使用液体取代空气作为冷却介质，与发热部件进行热交换，利用液体的温升或相变带走热量的技术。液冷技术的优势主要体现在：液冷换热效率更高、液冷服务器的安全可靠性更有保障、液冷方式节能效果更加优异、液冷方式降低机房噪音、液冷方式支持高密度部署等。 Ø液冷服务器的安全可靠性更有保障：利用液体的比热容大或相变潜热的优势，可实现对发热元器件的精确制冷，且在突发高频运行时不会引起CPU温度瞬间大幅变化，还允许芯片超频运行，性能可提升10-30%。 Ø液冷的节能效果优异：液冷中心冷却系统采用中高水温即可完成散热需求，可实现全年全地域自然冷却，传统风冷在大部分地域需开启制冷压缩机，液冷相比传统风冷节能20-30%以上，冷板式PUE低至1.2以下，浸没式PUE低至1.1以下。 Ø液冷降低噪音：减少了服务器风扇及空调风机高速运转的噪音，浸没式液冷机房噪音可降至60dB以下，实现“静音机房”。 Ø按照冷却液与服务器接触方式不同，可分为间接冷却与直接冷却，间接冷却一般为冷板式，直接冷却包括浸没式和喷淋式。其中冷板式与浸没式按照冷却液介质是否发生相变又可分为单相与双相。 液冷路径主要包括冷板式、浸没式、喷淋式 Ø冷板式液冷是目前应用最广的方式，浸没式散热效率最高。根据科智咨询，冷板式液冷应用更加普遍，2022年冷板式液冷应用比例达91%，是现阶段及未来较长一段时间的主流液冷技术形式，冷板式液冷数据中心已形成相对成熟的解决方案，通过冷板和冷量分配单元CDU（CoolingDistributionUnit）带走IT设备80%的热量，不需要对数据中心机房进行大规模改造，但解热能力上限仍不如浸没式液冷。浸没式液冷应用比例达8%，冷却液介质需直接与设备接触，兼容性较差，专用机柜对于管路要求高，维护复杂，冷却液介质如氟化液售价高昂且使用量较大，整体运维成本较高，但浸没式液冷解热能力更高且噪音最小。 液冷技术商用条件逐渐成熟，实践案例不断增多 Ø液冷技术的商业化实践逐渐增多。当前我国液冷技术正在快速发展并已经拥有规模化的商用案例，这与我国数据中心规模不断扩大且单机柜功率密度不断提升有关。阿里巴巴、百度、腾讯、华为、中科曙光等IT企业已有成熟的液冷技术应用案例，阿里云早在2016年就发布了其首套浸没式液冷系统，并于第二年完成了浸没式液冷集群的构建；在其后的2018年，阿里云建成首个互联网液冷数据中心；到2020年，阿里云又打造了中国最大规模的单相浸没式液冷数据中心暨全国首座5A级绿色液冷数据中心。同时，阿里云还与合作伙伴一起，在2021年发起成立了浸没液冷智算产业发展论坛，以协同技术创新、实践积累来驱动生态繁荣，推动整个液冷产业的发展。 目录 主要液冷技术路径梳理 冷板式液冷：成熟度最高、应用范围最广的液冷散热方案 Ø冷板式液冷通过冷板将热元器件的热量间接传递给封闭在循环管路中的冷却液带走热量，并将其传递到一次侧回路，通过冷却系统进行冷却，最后将热量排出系统。冷板式液冷系统可分为一次侧（室外）循环和二次侧（室内）循环两部分，其中一次侧的热量转移主要是通过水温的升降实现，二次侧主要通过冷却液温度的升降或冷却液的汽化吸热实现热量转移。冷板液冷具备兼容性好、成本低、维护方便、技术成熟度高等优势。 Ø冷板式液冷选用的冷却液包括水基冷却液和非水基冷却液。水基冷却液具备良好的传热性能，分为纯水液和配方液。纯水液不添加其他材料，通过维持超低电导率环境抑制浸润材料的腐蚀和微生物的滋生；配方液以纯水为溶剂，添加一定比例的防冻剂、缓蚀剂、杀生剂等添加剂，通过添加剂降低浸润材料的腐蚀和抑制微生物生长。非水基冷却液分为碳氢及有机硅类和碳氟化合物类。碳氢及有机硅类一般被称为油类冷却液，可分为天然矿物油、合成油、有机硅油等，具有高沸点、不易挥发、环境友好、毒性低等特点、成本较低，但存在闪点，使用中有可燃助燃风险，且由于粘度和易吸湿水解等问题一般不作冷板式液冷冷却液。碳氟化合物具有良好的电绝缘性和传热性能，无闪点不可燃，是良好的兼容材料。水基冷却液凭借高沸点和良好的传热性，是单相冷板理想冷却液。两相冷板式冷却液发生气液相转化，需选择较低沸点、适宜沸程的碳氟冷却液。 微通道水冷板液冷：AI算力需求持续增长，芯片散热新赛道 Ø微通道水冷板液冷（MLCP, Micro-Channel Liquid Cooling Package）是一种将微米尺度的冷却通道直接集成在芯片封装内部或与其紧密贴合的散热技术，通过蚀刻等技术在芯片盖板（IHS）或特殊设计的冷板内部制造出宽度仅几十到几百微米的密集通道网络，让冷却液得以无限接近甚至直接流经芯片热源，从而极致高效地带走热量。 Ø微通道冷板技术的快速发展主要由市场需求和领先企业的战略布局共同推动：一方面是AI芯片巨头的迫切需求：以英伟达（NVIDIA）为主要代表，GB200芯片功率已突破2000W，传统散热方案已无法应对。据财联社，英伟达正积极要求供应商开发MLCP技术，并将其视为关键战略方向。此外，据财联社，近日微软也宣布微软团队已成功开发出微流体冷却技术，通过微小通道直接将冷却液输送到芯片内部，散热效率是现有散热板的三倍。另一方面是专业散热解决方案供应商的技术突破。 Ø技术优势明显但难度显著提升，微通道的结构复杂，制造难度较大，在薄盖板上蚀刻/加工微通道需要高精度制造和可靠性验