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液冷服务器行业专题研究：低碳之下，IDC“液冷时代”契机来临 双碳与算力刚需之下，液冷为 IDC 散热必经之路 IDC 是能耗大户，衡量数据中心能耗的 PUE 指标日趋严格 数据中心规模迅速增长，超大型数据中心成热门。据中国通信院数据，近年我国数据中心规模稳步 增长，按照标准机架 2.5KW 统计，2022 年我国数据中心机架规模将达到 670 万架，近五年 CAGR 超过 30%。其中，大型以上数据中心增长更为迅速，2022 年底规模达 540 万架，占比达 81%。同时，超大 型数据中心逐渐占据主流，据赛迪研究院估计，2020 年超大型数据中心服务器占比将升至 50%以上，全球来看美国占据主要份额，我国超大型数据中心数量占比约为 10.2%。 市场规模快速增长，基础设施市场空间同样可观。据中国信通院数据，2021 年中国数据中心市场规 模超过 1500 亿元，预计 2022 年中国数据中心市场规模到突破 1900 亿元人民币，呈现较快的增长趋 势。数据中心的产业规模的增长表明数据中心基础设施的市场规模也呈现快速增长的趋势。据赛迪 顾问，2019 年我国数据中心基础设施的市场规模达 161.9 亿元，预计到 2025 年达到 461.2 亿元。 IDC 为能耗大户，其中散热能耗占比超 40%。据工信部公布，2021 年我国数据中心耗电量为 2,166 亿 kwh，占社会总耗电量的 2.6%，相当于 1.3 个上海市的总社会用电量。据通信院公布，我国 IDC 电费 占 TCO（整体运营支出）的 60-70%。据赛迪统计，2019 年中国 IDC 能耗中，43%用于 IT 设备散热，基本与 45%的 IT 设备自身能耗持平，可见减少散热从而控制 TCO 是节能减耗的核心方向。传统数据中心的 PUE 仍有较大改进空间。数据中心能耗指标 PUE（Power Usage Efficiency）是指数据 中心消耗的所有能源与 IT 负载消耗的能源之比，PUE=1 最为理想，意味着所有能耗都用于服务器设 备运转，无其他开销。据 CDCC 报告，全国数据中心 PUE 平均水平为 1.49，传统风冷数据中心 PUE 在 1.5~1.8（1kW 的服务器正常运转需 1.5~1.8kW 电量），与国家要求 2025 年达到平均 1.3 以下还有较 大的差距。 政策明确要求 PUE 进一步改善。国家层面，2021 年 11 月发改委等部门发布《深入开展公共机构绿色 低碳引领行动促进碳达峰实施方案》明确提出新建大型、超大型数据中心 PUE 低于 1.3，2021 年 12 月发改委及能源局发布《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和 5G 等新 型基础设施绿色 高质量发展实施方案》明确要求到 2025 年全国新建大型、超大型数据中心 PUE 低于 1.3，国家枢纽 节点低于 1.25。 芯片能耗密度高企，风冷逐渐乏力，液冷势在必行 芯片散热效率要求快速提高，风冷无法满足 IDC 快速增长的散热需求。AMD、Intel、NVIDIA 等主要芯 片制造商在逐步提高芯片的散热设计功耗 TDP（Thermal Design Power）以提供更高的性能。同时，GPU 功率密度普 遍远高于 CPU，这也意味着 GPU 的散热需求高于 CPU。AMD 方表示在 2025 年之前高性能 GPU 的 TDP 将达 700W，此外，以云游戏为代表的主流 HPC 已达到 1kW/U 的功率密度，赛迪研究院预测 2025 年 全球数据中心单机柜平均功率将达到 25KW，这对目前传统风冷技术均是十分严峻的挑战。目前风冷 技术的极限值基本是在 300W-350W 之间，远不能承担未来发展所需的散热功耗。未来，液冷是解决高算力 IDC 散热的必选。据 英特尔，第三代至强可扩展处理器正在催化液冷技术 步入元年时代。液冷技术具备高效制冷效果，有效提升服务器的使用效率和稳定性。液冷可以从一 个占地面积只有 20mmx 30mm 的处理器中移除高达 500W 的热能。液体传导热能效果和大比热容能够 保障芯片在一定范围内的超频工作不会出现过热故障。此外，液冷服务器可以排除海拔、地域和气 温的差距，保证运行效率和性能，具备规模化应用的优势。 液冷市场开始进入拐点，将具备显著爆发力 液冷是高密度 IDC 能耗优化的重要技术，走向规模量产阶段 IDC 最具革命性的节能技术为液冷技术（又称水冷），其中浸没式液冷技术可以将 PUE 降到 1.2 以下，联合其他技术可使 PUE 趋近于 1。液冷是数据中心制冷技术不断革新的必然结果，据 浪潮信息，液 体导热能力是空气的 25 倍，同体积液体带走热量是同体积空气的近 3000 倍，在耗电量方面，液冷系 统约比风冷系统节省电量 30~50%。液冷