冷能新纪元——液冷设备驱动算力基础设施的热管理革命 头豹词条报告系列

头豹分类/综合及概念/新能源汽车/电驱动&电控/冷却液 Copyright © 2026头豹 冷能新纪元——液冷设备驱动算力基础设施的热管理革命 头豹词条报告系列 黄以慧·共创作者 2026-05-21未经平台授权，禁止转载 行业分类：综合及概念/冷却液 摘要液冷设备行业以液态介质传热，为高功耗电子设备提供热管理方案。其特征包括多学科交叉、高技术壁垒，深度嵌入国家战略，处于快速成长阶段，渗透率提升快，且受“高环境标准”和“高安全约束”。2021-2023年，行业市场规模年复合增长率86.87%，预计2024-2028年将达122.59%。增长原因包括算力密度攀升与能耗红线倒逼散热变革、技术标准确立与供应链国产化推动商用，未来“东数西算”等战略、多技术路线迭代与跨行业协同将进一步拓展市场。 行业定义 液冷设备是以液体（如水、冷却液、氟化液等）为主要传热介质，通过液体流动将设备运行产生的热量高效带走、实现散热降温的一类散热装置与系统的总称，区别于传统以空气为介质的风冷散热。随着人工智能、高性能计算、5G通信、云计算数据中心、边缘计算以及新能源汽车等高功耗、高密度电子设备与应用场景的迅猛发展，传统风冷散热方式在效率、噪音、空间占用、能耗以及应对局部高热流密度方面日益显现其局限性，成为制约设备性能提升、稳定性与可持续发展的关键瓶颈。 在此背景下，液冷技术应运而生，通过利用液体远高于空气的比热容和导热系数，能够更高效、更均匀、更安静地从发热源带走热量。液冷设备行业的核心作用在于为各类高热密度场景提供先进、高效、节能的综合热管理解决方案，旨在显著提升设备运行稳定性与性能，延长使用寿命，降低运营成本，并推动电子设备向更小尺寸、更高集成度与更可持续的方向发展。 行业分类 根据冷却液与发热器件的接触方式及散热原理，液冷技术可分为非接触式液冷与接触式液冷两类。非接触式液冷以冷板式液冷为主，接触式液冷则包含浸没式液冷和喷淋式液冷。 2.1非接触式液冷 非接触式液冷是指发热器件与冷却液之间没有直接接触的换热过程，以冷板式液冷技术为主。 2.1.1冷板式液冷 冷板式液冷是通过将发热器件（如CPU、GPU、DIMM等）与由高导热金属（通常为铜或铝）制成的封闭腔体液冷板紧密贴合，使冷却液（例如去离子水）在液冷板内部微通道中流动，从而吸收并带走发热器件产生的热量。其主要优势体现在以下方面：1）可靠性较高：由于冷却液不直接接触电子元件，有效降低了因液体泄漏引发短路的风险，同时减少了设备腐蚀和污染的可能性；2）部署灵活：该技术可适配现有服务器架构，无需对机房进行大规模改造，便于算力中心机房的升级与改造。 2.2接触式液冷 接触式液冷是指发热器件与冷却液直接接触的换热过程，包括浸没式液冷和喷淋式液冷。 2.2.1浸没式液冷 浸没式液冷是指将发热器件完全浸没于冷却液中，通过冷却液的温升或相变过程吸收并转移热量。根据冷却液在热交换过程中是否发生气态转化，可将其划分为单相浸没式液冷与两相浸没式液冷。其中，两相浸没式液冷因涉及相变过程，其系统控制复杂度较高，且对冷却液的消耗量相对较大。 2.2.2喷淋式液冷 喷淋式液冷是指通过安装喷淋装置，将冷却液从服务器顶部直接喷淋至发热器件表面，利用冷却液与发热器件的直接接触实现热交换，从而降低发热器件的温度。该技术具备安装便捷的特点。 行业特征 液冷设备的行业特征包括具有多学科交叉与高技术壁垒、液冷设备行业深度嵌入国家“新型基础设施建设”“东数西算工程”和“双碳”战略背景之中、行业处于快速成长阶段，渗透率尚不高但提升速度快、且具有“高环境标准”和“高安全约束”。 具有多学科交叉与高技术壁垒 液冷系统设计涉及传热学、流体力学、电子与整机结构设计、材料科学及自动控制等多领域因素，需在换热效率、流体阻力、温升控制、噪声与可靠性等方面实现系统性平衡，并与服务器板卡布局、机柜结构及数据中心制冷系统整体架构协同。液冷系统由冷板或浸没槽体、循环泵、CDU（冷却液分配单元）、热交换器、阀件与管路、监测及控制单元等组成，对长期运行可靠性与维护便利性要求较高。中国国际科技促进会发布的《浸没式液冷冷却液选型要求》明确了浸没液体的电气绝缘性、腐蚀性、材料兼容性及系统安全性能的量化要求，细化了总体设计与运行规范；中国电子节能技术协会发布的《液冷数据中心设计标准》进一步从系统结构、关键部件性能、环境适应性及可靠性测试方法等方面提升了技术门槛。上述标准推动液冷设备行业逐步从经验驱动的工程实践向标准化、规范化技术体系发展。 液冷设备行业深度嵌入国家“新型基础设施建设”“东数西算工程”和“双碳”战略背景之中 数据中心作为高耗能领域被纳入重点监管，能效指标（尤其是PUE）持续趋严，传统空冷技术在高热密度场景下的节能潜力接近上限。工业和信息化部等部门发布的《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》明确推广高效制冷与液冷技术，推动构建绿色高效的新型数据中心体系，并从能效约束、关键技术路线及示范项目等方面为液冷技术应用提供政策指引与实践空间。同时，国家发展改革委等部门发布的《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》强调优化数据中心能源结构、提升能源利用效率，在资源适宜地区布局大型算力集群。液冷技术通过提升单位面积算力密度、降低制冷能耗及提高可再生能源利用率，缓解部分区域土地与能耗指标压力，与“东数西算”等国家战略形成协同效应，呈现显著的政策驱动特征。 行业处于快速成长阶段，渗透率尚不高但提升速度快 存量数据中心以空冷技术为主，液冷技术主要应用于新建或改扩建的超大规模数据中心、高功耗AI训练集群及HPC场景。伴随AI大模型训练对算力与能效的高要求，液冷系统在新项目中的采用比例显著提升。高能耗、高热密度数据中心正向集约化与绿色化方向发展，采用液冷等高效冷却技术的新型数据中心项目数量持续增加。在“东数西算”与新型基础设施建设推动下，液冷数据中心市场正从试点阶段向规模化部署过渡。行业参与主体覆盖上游芯片与服务器厂商、冷却液与材料供应商、热交换器及密封部件制造企业，中游液冷系统与设备提供商、整体解决方案商及工程集成商，以及下游互联网与云服务企业、电信运营商、IDC运营商和大型政企用户。由于液冷系统需与芯片、服务器、机柜及数据中心基础设施深度协同，具备系统级研发能力、标准制定经验及大规模工程实践能力的企业在市场竞争中占据优势，行业集中度逐步提升。 且具有“高环境标准”和“高安全约束” 液冷系统冷却介质需具备优良的热性能与电气绝缘性能，同时在毒性、挥发性、环境持久性、臭氧消耗潜能值（ODP）、温室效应潜能值（GWP）等方面需满足严格的环保法规要求。中国国际科技促进会发布的《浸没式液冷冷却液选型要求》明确了液体介质的物理化学性能、材料兼容性及泄漏应急处置的具体规范；中国电子节能技术协会发布的《液冷数据中心设计标准》进一步细化了安全防护、泄漏检测、电气安全及应急响应的技术指标。此外，生态环境部通过制冷剂及温室气体管理相关政策，对冷却介质的环境属性与安全使用提出约 束性要求，推动行业向低碳环保方向发展。上述规范体系提升了液冷设备行业的准入门槛与企业合规成本，但显著增强了运行安全性与环境友好性，为液冷技术在关键基础设施中的应用提供了制度与技术支撑。 发展历程 液冷设备行业整体呈现出由“技术验证”向“算力基础设施核心能力”演进的清晰轨迹，大致经历了萌芽期、启动期与高速发展期三个阶段。萌芽期主要局限在超算和军工等小众高端场景，液冷更多作为解决极端散热问题的工程手段；启动期在云计算、高密度机柜及“双碳”政策驱动下，互联网巨头和运营商开始围绕冷板式与浸没式液冷展开试点与标准制定，液冷由“黑科技”转为“可行方案”；进入以AI大模型和智算中心为代表的高速发展期后，高功耗GPU逼近风冷极限，叠加运营商集采和产业链成熟，液冷已成为高算力数据中心的优选甚至必选路径。当前，行业整体处于高速发展期的早中段，未来有望在标准进一步统一、成本持续下降以及与余热回收、可再生能源协同的推动下，向更大规模、更丰富场景渗透，并在中长期迈向相对成熟的基础设施阶段。 萌芽期1960-01-01~2014-01-01 1.超级计算机与大型机率先尝试液体散热。20世纪60–80年代，IBM System/360 Model 91、Cray-2等高性能计算设备在机柜内引入水冷或浸没式冷却，用于解决当时极高的功耗和封装密度问题，液冷概念在高端计算圈层中初步成形。2.小批量定制化系统持续探索。1990–2000年代，部分军工、科研机构及少数高性能计算中心继续采用定制化液冷方案，但缺乏通用标准，设备设计高度一体化，液冷多被视为“特殊场景下的工程手段”，而非可复制的商业产品。3.商业数据中心仍以风冷为主。随着互联网普及，传统IDC快速扩张，但单柜功率密度普遍较低，风冷方案在成本、运维成熟度上更具优势，使液冷长期处于边缘技术状态，行业缺乏完整的供应链与规模化案例。 萌芽期的液冷设备行业总体呈现“技术前置、需求滞后、产业未成型”的特征。液冷在物理层面已经被验证具备高导热效率与较低PUE潜力，但由于当时芯片功耗、机柜功率密度尚未普遍逼近风冷极限，市场对液冷的迫切需求并不强烈，导致液冷更多停留在超算、军工等少数高端场景。这一阶段为后续大规模应用完成了概念验证与工程经验积累，但产业化基础薄弱，尚未形成成熟的产业链和商业模式。 启动期2015-01-01~2022-01-01 1.云计算与互联网业务快速扩张，单机柜功率密度持续提升，高密度机柜在部分头部互联网企业数据中心突破10–20kW，传统风冷在局部机房面临能耗升高和散热瓶颈。2.政策层面，“双碳”目标与数据中心能耗约束逐步收紧，工信部等部委发布《新型数据中心发展三年行动计划（2021–2023年）》等文件，将PUE降至1.3左右作为重要指标，迫使新建与改造数据中心寻找更高效的冷却技术路径。3.互联网与云计算巨头开始小规模试点液冷方案，例如阿里云推出全浸没式液冷服务器“麒麟”，并在电商大促场景中验证稳定性和节能效果，腾讯、百度等也在超算/AI训练集群部署冷板式液冷。4.行业组织与生态逐步成形，ODCC、OCP等机构相继发布液冷服务器设计白皮书和接口规范，冷板式液冷、浸没式液冷的系统架构、部件选择、接口形式、可靠性测试方法，开始得到初步标准化。 启动期的核心特征是“政策驱动与头部试点并行”，液冷正式从实验室与高端超算场景走向通用数据中心的早期商业化阶段。此阶段虽然整体渗透率仍然不高，但上下游产业链开始出现专业液冷设备与材料供应商，接口标准逐步清晰，市场认知由“黑科技”转为“可行方案”，为后续进入高速发展期奠定了技术与产业基础。 高速发展期2023-01-01~2025-01-01 1. AIGC与大模型算力需求爆发，英伟达H100、B100/200等新一代GPU及高密度AI服务器单卡功耗接近或超过700W，整机柜功率密度成倍提升，风冷在热设计裕量、噪声与能效方面接近物理极限。2.主流服务器与整机柜厂商（如浪潮信息、联想、戴尔、 HPE等）密集发布面向AI训练的液冷服务器、液冷整机柜和模块化液冷数据中心解决方案，冷板式液冷快速成为支持高功耗GPU的主流方案。3.中国三大电信运营商联合发布液冷技术白皮书及“三年愿景”，在新建智算中心、边缘算力节点等场景中明确提出液冷应用占比和目标PUE指标，配套开展多轮液冷服务器与液冷系统集采，拉动产业规模化放量。4.行业生态加速完善，上游冷却液、管路与接头、CDU、换热器等关键部件供应能力显著增强，中游方案商与总包商数量增加，ODCC/OCP等组织持续推动盲插接口、开放式Manifold等标准化，提高不同厂商方案的互联互通性。 高速发展期的显著特征是“算力刚需驱动下的规模化普及”，液冷从节能优化工具转变为承载高算力基础设施的必备底座。短期内，市场仍处于竞争加速与技术路线多元并存阶段，冷板式液冷占据主流，浸没式与喷淋式在极致能效和特定应用场景中继