【前瞻系列】算力液冷王牌供应商将推新品,液冷温控产业发展或再提速,四大细分赛道详解(附股)

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前言:英伟达唯一的制冷系统合作伙伴维谛技术表示,即将推出发布全栈液冷解决方案,有乡亲希望我介绍下散热赛道,安排!

特别说明:

有看官对我各种系列觉得好奇,想问问我是如何分类的。这里统一回复下:

对于任何的题材实际都要经历四个阶段,分别是:萌芽、成长、爆发和衰退。我不同的系列实际对应的就是不同的阶段。

萌芽阶段:依赖于专业深度和人脉广度,像21年6月和大家全网首次分享「元宇宙」题材就是如此,限于规则关系,这部分内容我分享的很少,如果时机成熟,可以多分享一下。

成长阶段:依赖于资金厚度和政策力度,像连续2年的年度总结中我都谈到的储能就是如此。这是我分享的主要内容,也就是「前瞻系列」的由来。

爆发阶段:依赖于市场氛围和专业深度,像去年初和今年末爆发的数字经济概念就是如此,爆发hu阶段的确是大家已经熟悉的赛道,但赛道能不能挖掘出新意,决定了你的收获,像去年数字经济,我率先分享了温控赛道,这就是「风口系列」的由来

衰退阶段:潮起就有潮落,这阶段或许还比较火,但问题就明显了,国内的投研圈也是报喜不报忧的多,有的也会被掩埋,我会尽我所能给大家做「吹哨人」。

本篇目录
1.来龙去脉
2.认识液冷温控
3.细分赛道
4.行业现状
5.行业前景
6.市场空间
7.相关上市公司
8.独家核心提示

一,来龙去脉
维谛技术官微表示,基于对需求场景、海内外应用经验的深刻洞察,公司将于3月28日在2024中国数据中心液冷技术大会上,重磅发布全栈液冷解决方案。从电网到芯片配电、从芯片散热到室外冷源,助力客户实现智算场景下的“冷电双控”。

维谛技术介绍,公司参与了英伟达的COOLERCHIPS计划,与英伟达专家团队共研高密数据中心新型制冷方案,并被英伟达指定为唯一的制冷系统合作伙伴。国盛证券认为,市场低估了液冷散热在AI算力中的重要性,在英伟达B100时代,风冷将逐步接近极限,液冷时代拉开序幕;而对国产算力来说,半导体制程上的短板更需要散热来补充,国内外对液冷的需求有望形成共振。液冷从“可选”到“必选”的过程将大幅提升市场空间,成为算力重要细分赛道。

二,认识液冷温控

液冷是通过液体代替空气,把 CPU、内存等 IT 发热器件产生的热量带走,就好似给服务器局部冷却、整体“淋浴”甚至全部“泡澡”。根据目前技术研究的进程,将液冷分类为了水冷和冷媒冷 却。可用冷媒包括水、矿物油、电子氟化液等。

液体的冷却能力是空气的 1000~3000 倍。液冷技术可实现高密度、低噪音、低传热温差以及普遍自然冷却等优点,相对于风冷技术具有无法比拟的技术优势,是一种可以适用于需要大幅度提高计算能力、能源效率和部署密度等场景的优秀散热解决方案。

三,细分赛道

1.冷板式液冷

冷板式液冷是最典型的间接式接触型液冷技术,冷板式液冷系统包括了水冷板、管道、快插接头、分液器、冷却液分 配单元(CDU)与室外冷却设备等组件。

在冷板式液冷系统中,服务器芯片等发热器件不直接接触冷却液,而是通过 与装有液体的冷板直接接触来散热,或者由导热部件将热量传导到冷板上(冷板通常是由铜、铝等高导热金属构成的 封闭腔体),然后通过冷板内部液体循环带走热量。由于服务器芯片等发热器件不用直接接触液体,所以冷板式液冷对现有服务器芯片组件及附属部件改动量较小,可操作性更强、目前成熟度最高、应用最广泛。

2.冷却液

在浸没式(接触式)液冷技术应用中,除了硬件设备要求,液体冷却剂也是最为关键的因素之一。冷却液主要可分为氟化学物质(或氟碳化合物)和烃类(例如矿物油、合成油和天然油),其中氟化液具有良好导热性、电绝缘、化学惰性,适用于浸没液冷系统。

1)全氟碳化合物

全氟碳化合物最适合用于数据中心冷却液 ,市场需求有望大幅提升。根据碳氟化合物的组成成分和结构不同,可再分为氯氟烃(CFC)、氢代氯氟烃(HCFC)、氢氟烃(HFC)、全氟碳化合物(PFC)、氢氟醚(HFE)等种类。综合来看,全氟碳化合物是目前更适合用于数据中心液冷系统的冷却液,随着数据中心的加速建设,氟碳冷却液市场需求有望大幅提升。

2)电子氟化液

在半导体制造过程中,为了在更小的工艺尺寸下获得精确的加工能力,在芯片生产的一些环节需要使用冷却剂精确控制温度。由于半导体生产线通常是不间断运转,常通过电子级氟化液来进行恒温冷却,以保障稳定运行。电子氟化液是半导体蚀刻工艺中晶圆表面控温的关键供应链原料,其生产技术难度大,品质要求苛刻。目前电子氟化液主要被海外公司主导,国内企业处于加速追赶状态,全球仅有美国 3M、索尔维等少数企业能提供电子氟化液的冷却方案。

3.浸没式液冷

浸没式液冷是最常见的直接接触型液冷技术。该技术通过将发热器件直接浸没于特殊定制的箱体中,通过直接接触不 =导电的冷却液体进行热交换,从而达到冷却目的,相比冷板式液冷技术,浸没式液冷散热效率更高,噪音更低(完全 没有风扇),更加节能。

4.喷淋式液冷

喷淋式液冷系统是一种面向电子设备器件精准喷淋、直接接触式的液冷技术。喷淋式液冷系统主要由冷却塔、冷水机组、CDU、喷淋液冷机柜构成,冷却液经过 CDU 后被泵通过管路输送至机柜内部,进入机柜后直接通过分液支管进入与服务器相对应的布液装置,或者送至储液箱以通过重力或系统压力直接喷淋至 IT 设备的发热器件或与之连接的固体导热材料上(金属散热器、树脂(VC)、热管等),吸热后的高温冷却液换热后将通过回液管、集液箱等集液装置进行收集并通过泵输送至 CDU 进行下一次制冷循环。

喷淋式液冷与单相浸没式液冷冷却方式较为类似,冷却液不发生相变,但是在喷淋过程中遇到高温的电子部件冷却液会出现飘逸,从而对机房及设备环境产生影响。

五,行业现状

1.海外厂商具有先发优势,中国厂商后来居上

从液冷历史来看,海外厂商具有先发优势,1964 年,IBM 公司研发出世界首款冷冻水冷却计算机 System 360,开创了液冷计算机先河;2008 年,IBM 重回液冷,发布了液冷超级计算机 Power 575。

不过中国厂商不甘落后,2011 年,中科曙光率先开始了服务器液冷技术的探索与研究,并于 2013年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。2015-2018 年,中科曙光、华为、浪潮信息、联想、阿里巴巴等一众国产厂商先后实现了液冷服务器大规模商业应用项目的落地,实现弯道超车。2019 年,中科曙光实现了全球首创“刀片式浸没相变液冷技术”的大规模部署,将单机功率密度提升至 160kW,其TC4600E-LP 液冷刀片服务器液冷部分 PUE 低于 1.1,全球领先。

2.我国 IDC 温控市场空间持续扩容,目前风冷仍占主导地位。

得益于“双碳”、“新基建”等政策的推进,各行业数字化转型进度不断加快,推动我国IDC温控市场发展。根据产业在线,我国机房专用空调市场-2021年 CAGR达9.28%,呈现快速增长态势,2021 年市场规模达 50.09 亿元,同比增长 14.9%,其中,按空调制冷方式来看,2021 年风冷、冷冻水和其他形式空调的市场空间分别为 28.5/15.4/6.2 亿元,同比提升 17.4%/6.2%/29.0%,占整体比例56.8%/30.81%/12.39%,风冷仍旧占主导地位。

3.液冷具有低能耗、高散热、低噪声、低 TCO 等优势

液体的冷却能力是空气的 1000~3000 倍。液冷技术可实现高密度、低噪音、低传热温差以及普遍自然冷却等优点,相对于风冷技术具有无法比拟的技术优势, 是一种可以适用于需要大幅度提高计算能力、能源效率和部署密度等场景的优秀散热解决方案。

六,行业前景

1.中国厂商在大规模商业应用的经验上已经处于领先地位

目前中国厂商对液冷服务器技术的探索已不落后于海外企业,在大规模商业应用的经验上已经处于领先地位。从竞争格局来看,海外浸没式液冷市场的主要玩家有 GRC、LiquidStack、Mida等;冷板式液冷市场主要玩家有 CoolIT Systems、Asetek、Motivair等,目前主要厂商在液冷技术方面还处于实验或初步应用阶段,市场格局相对分散。而中科曙光为首的国内厂商已经积累了一定的商业化经验,据《中国液冷数据中心发展白皮书》在 2020 年对于中国液冷数据中心厂商竞争力的研究,基于产品营收、市占率、客户反馈等指标,中科曙光为市场的绝对领导者,华为、阿里巴巴、联想紧随其后,IBM 中国位于可期待者位置。

2.IT 工作负载结构迁移驱动液冷服务器发展

据 Uptime Institute,近年来数据中心平均单机架功率不断提升,主要因为 IT 工作负载的结构逐渐在由现场数据中心向云和托管服务进行转移,计算密集型工作负载(AI、IOT、区块链、AR 等)的激增拉高了承载这些应用负载的服务器设备的功耗,数据中心设计功率密度的大幅提升成为了液冷服务器渗透率提高的主要驱动因素。

2020 年,全球约有 25%的数据中心单机架功率为1-4kW,46%的数据中心单机架功率为 5-9kW,13%的数据中心单机架功率,只有 16%的数据中心平均功率密度超20kW,为了满足未来高算力负载需求,全球数据中心平均机架功率将保持提升。

七,市场空间

训练单个 GPT3.0 模型预计需要 1250 台 6.5kW 的 AI 超算服务器,总计功耗达 8125kW,逻辑推理阶段功耗为训练阶段的 10 倍,达 81250kW,训练+推理阶段的总服务器功耗为 89375kW;

国内 10 家互联网厂商推出自身的 AIGC 算力模型,模型训练与推理的总服务器功耗将达到 893750kW,并考虑数据中心机柜中交换机、光模块等数通产品的功耗,总数据中心机柜功耗将达到983125kW。

基于用于推理与训练的 AI 服务器中冷板式液冷与浸没式液冷的占比与相应价值量,可以测算得出,随着国内互联网大厂陆续推出自己的大模型,将会带来34.41 亿元的冷板式液冷增量空间与58.99亿元的浸没式液冷增量空间,总计将带来 93.4 亿元的液冷解决方案新增量市场。

八,相关上市公司

为方便大家对我每天整理的题材、概念涉及的个股进行收集、归纳、整理,即日起,我按照发布时间将每天涉及的板块个股做合集清单,方便大家翻阅,见下图

特别说明:以下仅为部分个股,个股业务匹配度有差异,故表现有强弱、先后区分,故需进一步阅读对应的第三方独立「个股报告」进行筛选,但因版权方要求,「个股报告」仅在「内部报告」栏目提供。

PS:关于图片显示不完整
1)个股大家可以自己收集,关键还是看逻辑
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3)「高匹配度个股核心内容解读」涉及商业利益,不适合在公众平台发布

九,独家核心提示

「前瞻系列」,自然是有些超前的,超前并不等于没有表现,但至少说明目前还没有被市场充分挖掘,而其中最容易出现的就是个股行情带动板块行情,所以在个股的把握上更为重要,这时候特别要关注「公司业务匹配度」的情况,也就是「高匹配度个股核心内容解读」中的内容,只有关联度高才能有持续表现。

以上是我自己研究的方向和思路,也就是和大家一起分享下。

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