一、液冷數(shù)據(jù)中心發(fā)展驅(qū)動因素分析

1.高密高算力基礎(chǔ)設(shè)施推動液冷新需求

國數(shù)字經(jīng)濟正在轉(zhuǎn)向深化應(yīng)用、規(guī)范發(fā)展、普惠共享的新階段。當(dāng)前，新型應(yīng)用日新月異，AI、智算紛紛提前布局，高密、高算力等多樣性算力基礎(chǔ)設(shè)施持續(xù)發(fā)展，計算型節(jié)點、AI 訓(xùn)練、超算等高算力業(yè)務(wù)需求持續(xù)推升芯片性能、功率與服務(wù)器功率不斷提高，液冷技術(shù)利用液體較高的比熱容和換熱能力可以支撐更高功率散熱，正在逐步成為新型制冷需求。

圖 高算力帶來高性能

為促進(jìn)液冷技術(shù)發(fā)展推進(jìn)，國家、地方及行業(yè)推出相關(guān)政策引導(dǎo)液冷技術(shù)落地應(yīng)用。

2021 年 5 月發(fā)改委、工信部等部門聯(lián)合發(fā)布的《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》中要求“推動數(shù)據(jù)中心采用液冷、機柜模塊化、余熱回收利用等節(jié)能技術(shù)模式”。

2021 年 7 月工信部《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023 年）》要求“加強核心技術(shù)研發(fā)。鼓勵企業(yè)加大技術(shù)研發(fā)投入，開展新型數(shù)據(jù)中心預(yù)制化、液冷等設(shè)施層，專用服務(wù)器、存儲陣列等 IT層，總線級超融合網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)層的技術(shù)研發(fā)”。

2021 年 11 月發(fā)改委《貫徹落實碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求 推動數(shù)據(jù)中心和 5G 等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實施方案》明確“支持采用液冷等方式”。

2.政府對數(shù)據(jù)中心能效監(jiān)管日益趨嚴(yán)

數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)流接收、處理、存儲與轉(zhuǎn)發(fā)的“中樞大腦”。為激活數(shù)據(jù)要素潛能，不斷做強做優(yōu)做大數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展，我國正加快構(gòu)建新型數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施體系。同時，在“雙碳”宏觀形勢下，政府部門近年陸續(xù)出臺多項文件，對數(shù)據(jù)中心 PUE(電能利用效率)監(jiān)管要求不斷提高、達(dá)標(biāo)時間不斷提前。

2021 年 7 月工信部印發(fā)《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023 年）》（工信部通信〔2021〕76 號），明確“到 2023 年底，新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE 降低到 1.3 以下，嚴(yán)寒寒冷地區(qū)力爭降低到 1.25 以內(nèi)”。2021 年 11 月發(fā)改委印發(fā)《貫徹落實碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求 推動數(shù)據(jù)中心和 5G 等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實施方案》（發(fā)改高技〔2021〕1742 號），明確“到 2025 年，新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE降到1.3以下，國家樞紐節(jié)點降至1.25以下?！?022年 1 月發(fā)改委同意啟動建設(shè)全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)國家樞紐節(jié)點的系列復(fù)函中明確要求國家算力東、西部樞紐節(jié)點數(shù)據(jù)中心 PUE 分別控制在 1.25、1.2 以下。

液冷技術(shù)通過冷卻液體替代傳統(tǒng)空氣散熱，液體與服務(wù)器高效熱交換，提高效率，挖潛自然冷源，降低 PUE，逐步成為一種新型制冷解決方案。

圖 傳統(tǒng)風(fēng)冷已不能滿足高密度高功耗單機柜散熱

二、液冷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

液冷技術(shù)主要包括冷板式液冷、浸沒式液冷和噴淋式液冷技術(shù)三種。

冷板式液冷是服務(wù)器芯片等高發(fā)熱元件的熱量通過冷板間接傳遞給液體進(jìn)行散熱，低發(fā)熱元件仍通過風(fēng)冷散熱的一種方式。

浸沒式液冷是服務(wù)器完全浸入冷卻液中，全部發(fā)熱元件熱量直接傳遞給冷卻液，通過冷卻液循環(huán)流動或蒸發(fā)冷凝相變進(jìn)行散熱的一種方式。其中，冷卻液循環(huán)流動的方式為單相浸沒式液冷，冷卻液蒸發(fā)冷凝相變的方式為相變浸沒式液冷，相變浸沒式液冷控制更復(fù)雜、要求更高。

噴淋式液冷是用冷卻液直接噴淋芯片等發(fā)熱單元，通過對流換熱進(jìn)行散熱的一種方式。當(dāng)前，冷板式液冷、單相浸沒式液冷為主要形式。

三、液冷產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展現(xiàn)狀

冷產(chǎn)業(yè)生態(tài)涉及產(chǎn)業(yè)鏈上中下游，包括上游的產(chǎn)品零部件提供商、中游的液冷服務(wù)器提供商及下游的算力使用者。

產(chǎn)業(yè)鏈上游

上游主要為產(chǎn)品零部件及液冷設(shè)備，包括快速接頭、CDU、電磁閥、浸沒液冷 Tank、manifold、冷卻液等組件或產(chǎn)品供應(yīng)商。部分代表廠商有英維克、3M、云酷、競鼎、諾亞、廣東合一、綠色云圖等。

產(chǎn)業(yè)鏈中游

中游主要為液冷服務(wù)器、芯片廠商以及液冷集成設(shè)施、模塊與機柜等。部分代表廠商有華為、中興、浪潮、曙光、新華三、聯(lián)想、超聚變、英特爾等。

產(chǎn)業(yè)鏈下游

游主要包括三家電信運營商，百度、阿里巴巴、騰訊、京東等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)以及信息化行業(yè)應(yīng)用客戶，主要在電信信息、互聯(lián)網(wǎng)、政府、金融、交通和能源等信息化應(yīng)用。目前，阿里巴巴以單相浸沒式液冷為主要發(fā)展方向，其他用戶以冷板式液冷試點應(yīng)用居多。

圖 中國移動5G 基站單相浸沒式液冷試點

四、液冷數(shù)據(jù)中心建設(shè)難點與挑戰(zhàn)

1.液冷產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚不成熟

目前業(yè)內(nèi)尚無服務(wù)器與機柜統(tǒng)一接口規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，機柜與服務(wù)器深度耦合，各家服務(wù)器設(shè)備、冷卻液、制冷管路、供配電等產(chǎn)品形態(tài)各異，不同廠家產(chǎn)品接口不同、不能互相兼容，勢必限制競爭，影響產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

2.液冷系統(tǒng)架構(gòu)尚在演進(jìn)

當(dāng)前業(yè)內(nèi)液冷系統(tǒng)架構(gòu)不同，制冷與供電存在分布式、集中式不同架構(gòu)；部分廠家服務(wù)器已演進(jìn)為高溫服務(wù)器，可減配冷水機組，進(jìn)一步簡化冷源架構(gòu)，促進(jìn)降本增效。

3.液冷系統(tǒng)成本仍較高

與傳統(tǒng)風(fēng)冷產(chǎn)品比較，液冷仍存在初期投資高、全生命周期成本高等問題，影響產(chǎn)品的規(guī)模應(yīng)用與推廣。

本文標(biāo)題：液冷數(shù)據(jù)中心驅(qū)動因素和建設(shè)難點分析

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